花王、セルロースナノファイバーの疎水化技術を活かした複合高機能樹脂「LUNAFLEX」を提供開始

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花王は2020年6月5日、バイオマス由来のセルロースナノファイバー(CNF)を改質し、各種用途の樹脂に配合することで、少量でも樹脂の強度や寸法安定性(熱膨張率の低減)を向上させたと発表した。この改質CNF配合高機能樹脂を、ユーザーの目的や用途に合わせてカスタマイズした「LUNAFLEX(ルナフレックス)」シリーズとして提供開始するという。

CNFは、樹木などの植物中でセルロース分子の束を形成しており、高強度/高弾性などさまざまな機能を有するサステナブルな高機能素材としての活用が望まれている。CNFを樹脂に配合すると、樹脂の強度や靱性、寸法安定性の向上効果があることがすでに知られている。

しかし、CNFは分子間や分子内で強固に水素結合をしており、ナノファイバーとしての単離(繊維の束を1本1本ほぐした状態にすること)が難しいという問題があった。さらに、単離した後もその表面は水酸基で覆われ強い親水性を示すため、油性溶媒にはなじみが悪く、分散安定化は非常に困難だった。

また、従来はCNFメーカーが調製したCNF製剤(疎水改質CNFやCNF分散溶媒)を、ユーザーである樹脂メーカーに提供していたが、樹脂への配合の際にCNFが凝集してしまうなどの不具合が生じてしまうことが多く、樹脂中への均一ナノ分散には種々のノウハウが必要だった。

そこで花王では、これまでに培ってきた界面制御技術を利用して、CNFの表面にさまざまな官能基を付加して発現する機能を探索。その結果、親水性のCNF表面を疎水表面へと改質することが可能となり、CNFを樹脂へ均一ナノ分散することに成功した。

この界面制御に寄与している技術は、量子化学計算による構造予測に基づいたCNF表面設計技術だ。これはデュアルグラフトシステムと呼ばれ、濡れ性と立体反発の観点で選定した2種類の修飾基をCNFの表面に結合させる方法となる。

この手法は、少ない修飾基重量で疎水表面へと改質し、CNF本来の物性の発現を可能にする。さらに、用いる樹脂に合わせて、濡れ性と立体反発の観点から適切な修飾基をカスタマイズすることで、樹脂となじみやすくできるという。

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