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世界初、植物由来のナノ繊維を用いた透明シート 太陽電池やディスプレイに

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世界初、植物由来のナノ繊維を用いた透明シート 太陽電池やディスプレイに

王子ホールディングスと三菱化学は、食物繊維をナノオーダー(1mmの百万分の一)にまで細かく解きほぐした「セルロースナノファイバー」を材料とした透明連続シートの製造に世界で初めて成功したと発表した。この透明シートは、軽量で紙のように折りたためるため、必要なときに開いて使用できる大型ディスプレーや太陽電池などへの応用が期待される。

両社は、王子ホールディングス東雲研究センター(東京都江東区)に、セルロースナノファイバーの連続シート化設備を設置し、サンプル製造および供給を開始する。今後、両社は、セルロースナノファイバーシートの幅広い用途開発を視野にサンプル供給を行い、実用化へ向けた製品開発を加速させていく考えだ。

両社は2009年10月より、セルロースナノファイバーに関する共同研究を行ってきた。セルロースナノファイバーは、植物繊維(パルプ)をナノオーダーにまで細かく解きほぐしたもので、太さは髪の毛の2万分の1程度。温度変化に伴う伸縮の度合い(線熱膨張係数)はガラス繊維並みに小さく、弾性率はガラス繊維より高い(硬くて丈夫)という優れた特性を有する。

また、セルロースナノファイバーは植物由来であることから、紙と同様に環境負荷が小さく、リサイクル性に優れた材料であることも特長とする。

セルロースナノファイバーは、その細さから従来の抄紙機(紙すき械)でのシート製造が極めて困難だった。これに対し、化学処理技術、製紙技術、シート加工技術を融合した革新的な製造方法を開発し、約4nmという超極細のセルロースナノファイバーを用いた透明連続シートの製造に成功した。

平均繊維径が数十nmのセルロースナノファイバーを用いた連続シートでは、多孔質材料の機能を決定する比表面積、細孔径、空隙率の自由な制御技術を確立することに成功し、その結果、8.0g/平方メートルの極薄シートの製造に成功し、さらに85.0g/平方メートルまでの広い坪量範囲をもつ多孔シートの製造と供給を可能とした。

比表面積と細孔径を変化させた多孔シートの拡大写真

この多孔シートは、比表面積を増加させ高い吸着性を実現した吸着材、細孔径を小さくし空隙率を高めることにより効率的に微細な物質をろ過できるフィルター、良好な透過性を持つセパレーター等への応用が期待される。またシート内部にナノ粒子を組み込むことにより、触媒、抗菌、脱臭等の機能をシートに付与させることも可能。

樹脂複合化フィルム(多孔シートと樹脂を複合化)

また、この透明シートおよび多孔シートは、樹脂と複合化することにより、樹脂の透明性を失うことなく、温度変化に伴う伸縮が小さく、しかも丈夫でフレキシブルであるという特長を付与できるため、エレクトロニクス、輸送機器、建材、医療等の分野への用途展開が考えられる。

このセルロースナノファイバーシートの物性は、繊維径が4~80nm、坪量は8~85g/平方メートル、比表面積は39~148平方メートル/g (コピー用紙の40~150倍)、平均細孔径は8~46nm(コピー用紙の1/100~1/500)、空隙率は35~62%。

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