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結晶化度の調整とは？課題と対策・製品を解説
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セルロースにおける結晶化度の調整とは？
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『セルロースナノファイバー』は、セルロース系バイオマスを
細かく解していくことで得ることができる自然由来の新素材です。
当社ではセルロースナノファイバーとリグニンを含んだ
リグノセルロースナノファイバーを製造しています。
ご要望の際はお気軽にご相談ください。
【特長】
■鋼鉄の1/5の軽さで5倍の強さ
■ガラスの1/50という低熱膨張
■比表面積が大きい
■新たな補強用繊維、フィルター繊維等に利用可能
■木材、パルプから製造される自然由来
※詳しくはPDFをダウンロードして頂くか、お気軽にお問い合わせ下さい。
新素材『セルロースナノファイバー』
日本乳化剤は、木材関連で多数の企業・研究機関と連携し、研究開発を進めています。下記はその一例です。
※サンプル評価企業、オープンイノベーション連携先を求めております。詳しくは、個別にご相談ください。
■国立研究開発法人 科学技術振興機構（JST）「共創の場形成支援プログラム(COI-NEXT)」において、当社が参画するプロジェクト「再生可能多糖類植物由来プラスチックによる資源循環社会共創拠点」が、令和3年度「共創分野（本格型）」の新規プロジェクトとして採択されました。
https://www.jst.go.jp/pf/platform/file/r3_kyotengaiyou_2102.pdf
■『地域リグニン資源開発ネットワーク（リグニンネットワーク）』に参画しています。
https://www.ffpri.affrc.go.jp/labs/matechem/index.html
■『研究コンソーシアム「高機能リグニン」』に協力機関として参画しています。
https://www.ffpri.affrc.go.jp/labs/hplignin/index.html
【バイオマス開発検討】セルロース溶解イオン液体、改質リグニン
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セルロースにおける結晶化度の調整
セルロースにおける結晶化度の調整とは？
セルロースの結晶化度の調整は、高機能素材・加工業界において、セルロースの持つ物理的・化学的特性を制御し、目的とする用途に最適な材料を創出するための重要な技術です。結晶化度とは、セルロース分子鎖が規則正しく配列した結晶領域の割合を示し、これが高いほど強度や耐熱性、耐薬品性が向上する一方、溶解性や加工性が低下します。逆に結晶化度が低いと、柔軟性や溶解性が増しますが、強度が低下します。このバランスを最適化することで、繊維、フィルム、複合材料、バイオプラスチックなど、幅広い分野で革新的な素材開発が可能となります。
課題
均一な結晶化度制御の困難さ
セルロースの構造は複雑であり、均一かつ精密な結晶化度の制御が難しく、ロット間のばらつきが生じやすい。
加工プロセスにおける結晶化度変化
溶解、紡糸、成形などの加工プロセス中に、熱やせん断応力によって意図せず結晶化度が変化し、物性が変動してしまう。
環境負荷の高い処理方法
結晶化度を下げるための溶媒処理などが、環境負荷が高く、コスト増につながる場合がある。
微細構造の制御限界
ナノレベルでのセルロース構造を精密に制御し、特定の結晶構造を安定的に得る技術がまだ確立されていない。
対策
精密な溶媒・添加剤設計
セルロースとの相互作用を最適化した溶媒や添加剤を選定・配合することで、結晶化度を狙い通りに制御する。
低温・低せん断加工技術
セルロースの熱分解や構造変化を最小限に抑えるため、低温かつ低せん断応力で加工できる装置やプロセスを導入する。
酵素・微生物利用による改質
特定の酵素や微生物の作用を利用して、環境負荷を低減しながら結晶化度を調整する。
超音波・マイクロ波照射技術
非熱的なエネルギーを利用して、セルロースの分子鎖構造に影響を与え、結晶化度を精密に制御する。
対策に役立つ製品例
高強度セルロース繊維
結晶化度を高く制御することで、従来の繊維よりも高い引張強度と弾性率を持つ素材を提供し、衣料品や産業資材の性能を向上させる。
高透明セルロースフィルム
結晶化度を低く調整し、アモルファス領域を増やすことで、高い透明性と柔軟性を両立させたフィルムを提供し、ディスプレイや包装材に応用する。
生分解性高機能プラスチック
結晶化度を制御することで、機械的強度と生分解性のバランスを最適化し、環境に配慮したプラスチック代替材料を提供する。
高吸着性セルロース担体
結晶化度を調整し、表面積や細孔構造を制御することで、特定の物質に対する吸着性能を高め、分離・精製プロセスに利用する。
