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【特集】セルロースナノファイバー利用拡大に向けた開発と応用

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特集にあたって
～次の10年を見据えた研究開発事例の紹介～
Introduction

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セルロースナノファイバーに生じる欠陥
Various Defects on Cellulose Nanofibers

　セルロースナノファイバーは僅か数十本のセルロース分子鎖が束なったものであり,詳細な構造解析が難しい。そのため,基本的な構造の解明に向けて現在でも様々な研究が続けられている。ここでは,最近急速に理解が進んでいるセルロースナノファイバーの欠陥について解説する。

【目次】
1.はじめに
2.これまでの欠陥研究の概要
3.「捻れ」における結晶構造の解析
4.原子間力顕微鏡像の統計的解析による「凹み」欠陥の発見
5.AFM画像を解析するための半自動的画像処理手法の確立
6.おわりに

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セルロースナノファイバー製フィラメントの高い熱伝導性
High Thermal Conductivity of Cellulose Nanofiber Filaments

　流体工学を活用してセルロースナノファイバーを分子スケールで構造制御し,特定の酸を用いて固めて作製したフィラメント材が,セルロースナノペーパーなどの高熱伝導性を有する先端木質バイオマスの5倍以上,紙など従来の木質バイオマスの100倍以上の高熱伝導性を示すことがわかった。さらに高熱伝導化のメカニズムを明らかにした。これらの成果について紹介する。

【目次】
1.はじめに
2.従来のCNF材料の熱伝導性
3.CNFの分子スケールの構造制御
4.フローフォーカシング法ならびに機械・熱特性の評価方法
5.フローフォーカシング法で構築したCNFフィラメントの熱伝導および機械的特性
6.CNFフィラメントの高熱伝導化のメカニズム
7.熱伝導率の温度特性について
8.おわりに

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高強度・自己消火性のセルロースナノファイバー透明板材
Transparent Cellulose Nanofiber Plates with High Strength and Flame Self-Extinction

　CNFシートは透明かつ高強度であるが,厚み数十μmの薄膜しか得られない。本稿では,CNFシートを多重積層して作製した,透明なCNF板材について紹介する。シート接着には,CNFの自己接着性を活用した。このCNF板材は,アルミニウム合金並みに強度が高く,自己消火性も兼ね備える。CNFの高い吸水性は,CNFの対イオン設計と,板材表面の改質により克服した。

【目次】
1.はじめに
2.積層
3.力学特性
4.自己消火性
5.膨潤の抑制
6.おわりに

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凍結を利用したカルボキシメチルセルロースナノファイバーの微細構造制御による新しいハイドロゲル物性の発現
Novel Hydrogel Properties by Microstructural Control of Carboxymethyl Cellulose Nanofibers Using Freezing
　
　凍結現象を利用することで,カルボキシメチルセルロースナノファイバーを主体とした無害な素材のみで高い圧縮負荷にも耐えるハイドロゲルが形成することを発見した。“鍵”となるのは水溶液が凍結する時に起きる,氷結晶と溶質の相分離である。本稿では凍結架橋ゲルの形成メカニズムやゲルの特性について述べる。

【目次】
1.はじめに
2.凍結架橋カルボキシメチルセルロースナノファイバー(CMCF)ゲルの開発
3.凍結架橋のメカニズム
4.おわりに

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セルロースナノファイバーを利用した石鹸用スクラブ剤と砥石の開発　　　
Development of Scrub Agent for Soap and Grinding Wheels Using Cellulose Nanofiber

　1次マイクロプラスチック代替など環境対策技術の開発を目的に,セルロースナノファイバー(CNF)の自己凝集性を利用した硬い素材の開発を行った。本稿では,当センターのCNF機械加工技術の特徴と,企業と共同開発した石鹸用スクラブ剤および金属加工用砥石の特性を記載した。

【目次】
1.はじめに
2.機械加工(湿式の高圧ジェットミル)によるCNF製造
3.CNFの自己凝集性に着目した開発事例
3.1　石鹸用スクラブ剤の開発
3.2　高機能性砥石の開発
4.おわりに

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セルロースナノファイバーの開発・採用状況
Developmental Status of Cellulose Nanofiber

　日本製紙におけるセルロースナノファイバー(CNF)の開発・採用状況について述べる。日本製紙のCNFは3種類あり,石巻工場でTEMPO酸化CNF,江津工場でCM化CNFを営業生産しており,富士工場では,CNF強化樹脂を実証生産している。各CNFに関して,製造方法,特徴,採用及び開発状況を紹介する。

【目次】
1.日本製紙グループについて
1.1　沿革
1.2　日本製紙グループの事業概況
1.3　製品
2.セルロースナノファイバー(CNF)
2.1　CNFとは
2.2　日本製紙のCNFについて
2.3　日本製紙CNFの製造方法①(CM化CNF,TEMPO酸化CNF)
2.4　CM化CNFの利用分野・状況
2.5　TEMPO酸化CNFの利用状況
2.6　CNFが持つ各種特性について
3.CNF強化樹脂
3.1　日本製紙のCNF製造方法②(CNF強化樹脂(セレンピアプラスⓇ(Cellenpia PlasⓇ)))
3.2　特徴
3.3　CNF強化樹脂の利用分野
3.4　使用実績
4.おわりに

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セルロースナノファイバーによる高分子材料の強化　
Reinforcement of Polymer Materials Using Cellulose Nanofiber

　セルロースナノファイバーは,力学特性に優れた高結晶性の繊維であり,高分子材料の強化材としての応用が期待されている。本稿では,高分子材料としてポリカーボネート,ポリプロピレン,および天然ゴムを取り上げ,セルロースナノファイバーによる強化効果についてこれまでの研究結果を論じた。

【目次】
1.はじめに
2.ポリカーボネートとCNFの複合化
3.ポリプロピレン,パルプ繊維,CNFの複合材料
4.天然ゴムとCNFの複合材
5.おわりに

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[マーケット情報]
紙・パルプ用化学薬品工業の市場動向

　製紙用薬剤は,紙・板紙の製造において様々な用途で用いられる(図1)。国内需要は紙・板紙の成熟市場に連動して縮小傾向にあるが,製紙用薬剤メーカー各社は,ニーズの高機能化に取り組むとともに,中国や東南アジア地域の発展をにらみ,同地域における市場展開,生産体制の強化を行っている。

【目次】
1.概要
2.紙・板紙需要動向
3.製紙パルプ需要動向
4.古紙需要動向
5.製紙用薬剤需要動向
6.製紙用薬剤メーカーの動向

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[ケミカルプロフィル]

塩化シアヌル(Cyanuric chloride)
ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)(Polyhydroxyalkanoate acid)
ポリブチレンサクシネート(Polybutylene succinate)

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[ニュースダイジェスト]

・海外編
・国内編