文字サイズ
標準
色の変更

サポイン技術紹介

  1. トップ
  2. サポイン技術検索
  3. ポリプロピレン樹脂(PP)の5倍の剛性を持った、とPP/セルロ-スナノファイバ-(CNF)複合材料の開発

複合・新機能材料

ポリプロピレン樹脂(PP)の5倍の剛性を持った、とPP/セルロ-スナノファイバ-(CNF)複合材料の開発

奈良県

株式会社吉川国工業所

2022年1月28日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 世界初「夢の最先端素材セルロースナノファイバー」による高強度・超軽量・再生産可能なプラスチック複合新材料の開発
基盤技術分野 複合・新機能材料
対象となる産業分野 航空・宇宙、自動車、産業機械、建築物・構造物、工作機械
産業分野でのニーズ対応 高機能化(新たな機能の付与・追加)、環境配慮
キーワード セルロ-スナノファイバ-,強化樹脂材料,ポリプロピレン,剛性,マスタ-バッチ
事業化状況 実用化間近
事業実施年度 平成30年度~令和2年度

プロジェクトの詳細

事業概要

プラスチックは今や自動車業界はもとより家電・工業部品等に幅広い用途で活用されている材料である。自動車業界を筆頭とする川下製造企業からは、これまで以上に「軽くて強いプラスチック」のニーズがある。本事業では独自技術(吉川国方式)により、既に開発してきたPP樹脂/CNF複合材料の剛性をはるかに凌ぐ高剛性材料を開発し、家電・工業部品分野ひいては自動車部材製造への事業展開拡大へと繋げる

従来技術と新技術
開発した技術のポイント

・PP樹脂と変性パルプ配合時の課題への対応
-分散助剤、相溶化剤、解繊助剤、その他の添加剤を選定し、その配合を最適化し、予備混合時に添加すること
・PP樹脂とCNF予備混合時の課題への対応
-混合ブレンド機を選定し、その最適条件(回転数、時間など)を特定すること
・変性パルプの予備混合物の二軸混連機による混錬時の課題
-解繊に有効なL/Dを想定し、2軸混練機を選定すること
-スクリューデザインは、強い混錬タイプのデザインを選定し、改良すること
-スクリュー回転数は低速回転数の場合が短繊維化を抑制することを発見

具体的な成果

・PP樹脂と変性パルプ配合時の課題への対応
-PP樹脂に変性パルプ40%の高濃度の配合を実現
・PP樹脂とCNF混合時の課題への対応
-混合ブレンド機の選定や条件の最適化により、混合終了時に変性パルプの凝集塊がまったくない混合を実現
・変性パルプの予備混合物の二軸混連機による混錬時の課題
-二軸混錬機選定、スクリューデザインの検証や回転数の検証は実施完了
-CNF解繊状態が飛躍的に改善した
-目標であった曲げ剛性がPPの5倍という点に関しては、3.1倍の達成で未達
-目標未達となったのは、変性パルプからのCNF化が不完全であったこと、界面における接着性に要因があることを確認

知財出願や広報活動等の状況

・セルロースナノファイバー最前線2019
・Nプラス2019
・エコプロ2019
・エコプロonline展示会2020
・Nプラス2020
・nano-tech2021

研究開発成果の利用シーン

持続的再生可能な資源であるCNFを使用した軽量で高剛性のプラスチック材料を開発することで、材料自体のリサイクル性向上に加えて製品の軽量化などにより、投入エネルギ-の低減を実現する。投入エネルギ-の低減により、コストダウンの実現、二酸化炭素排出量の削減を実現、顧客ニ-ズ、脱炭素化社会への貢献が可能になる。

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

自動車、家電業界以外にも、航空宇宙、産業機械、建築物、工作機械などへも展開可能であり、展示会への出展を通して、計14社に用途開発のためのサンプル提供を実施。また、それ以降もサンプル提供の要望は途切れずに継続している。

提携可能な製品・サービス内容

製品製造、共同研究・共同開発

製品・サービスのPRポイント

・持続的再生可能資源であるCNFよる強化プラスチック                     
・マトリクス材料(ポリプロピレン樹脂)の 3 倍の剛性
・マテリアルサイクル可能(再生後に剛性が落ちない)、又焼却時に残留物が残らない。
・PP樹脂の40%(重量比)のCNFを配合しており、成形時、希釈(濃度変更)加工が可能                                      
・要望による剛性特化タイプ以外のカスタマイズグレ-ド開発が可能
・成形品においては、独特の質感や風合いを出すことが可能

今後の実用化・事業化の見通し

・CNF複合樹脂ペレット製品化
ペレットを各会社へ商品試作用サンプルとして提供しながら、2~3年先に複合素材そのものをペレットとして販売する計画。また、用途開発を進めており、用途に応じたカスタマイズバ-ジョンの開発に取り組んでいる。CNF+PP の複合材を「Nacel」と商標登録し、公式に販売向けたアピールしている。
・CNF新規成型品としての製品化
毎年生活部門での世界4大展示会の2つと国内展示会に CNF10%で加工した CNF コンセプト品を発表し、大きな評価を得た。今後もこのように世界市場へCNF製品の普及拡大に努めていく。また、現在販売を目的とした自社発CNF複合のプラスチック家庭日用品を開発中。

実用化・事業化にあたっての課題

・サンプルワークを実施し、用途開発を進める中でCNF複合樹脂材料の性能に関する要望を収集、用途拡大のための性能カスタマイズに関し補完研究・開発中。
・変性パルプの製造コストは10,000円~/kgと非常に効果だが、今後は材料の量産効果で一気に下がる可能性がある。材料比率の小さな製品から開発し、また、材料比率を下げる技術を開発し、製品単価を下げることで認知度を高めていく。

事業化に向けた提携や連携の希望

曲げ剛性がポリプロピレン対比3.1倍(目標5倍)達成により軽量化が可能、住設・建材関連で構造部材の合板や金属代替を目標にハウスメーカーや建材メーカーとの連携を模索、又家電製品や工業部品(OA・事務機器等)向け軽量化を目指している企業との連携を希望致します。                                    又、業会に拘りませんがCO2削減や環境に優しい材料を使用し社会貢献を担う企業との連携も希望致します。

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 株式会社吉川国工業所
事業管理機関 株式会社吉川国工業所
研究等実施機関 株式会社吉川国工業所
奈良県産業振興総合センター
アドバイザー 京都市産業技術研究所
西日本プラスチック製品工業協会

サポイン事業者 企業情報

企業名 株式会社吉川国工業所(法人番号:5150001013659)
事業内容 プラスチック日用家庭用品の企画、製造、販売
社員数 106 名
生産拠点 本社工場(奈良県)
本社所在地 〒639-0271 奈良県葛城市加守646-2
ホームページ http://www.yoshikawakuni.co.jp/
連絡先窓口 総務部 小西 博樹
メールアドレス hiroki@yoshikawakuni.co.jp
電話番号 0745-77-3223