2018 Fiscal Year Research-status Report
Challenge to substitute plastic by developing extrudable clay-like wood fiber material
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17K19287
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| Research Institution | Mie University |
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Principal Investigator |
野中 寛 三重大学, 生物資源学研究科, 教授 (90422881)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 木材 / 竹 / 押出成形 / 流動性 / セルロース / セルロース誘導体 / ストロー / プラスチック代替 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロプラスチック問題がマスコミに頻繁にとりあげられるようになり，生分解性かつリサイクル可能な原則100 %植物素材の開発，石油系プラスチックからの脱却の機運がますます高まっている。木材は切削加工しかできず，プラスチック同様の成形加工ができないことが弱点である。本研究では，木材を一度繊維化し，セルロース系の増粘剤，必要に応じて植物系可塑剤を添加して，天然物由来の粘土状木質繊維素材を開発し，押出成形により任意形状の木質材料を再構築することを目的としている。平成29年度は，木質繊維として，ヒノキの木材チップを脱リグニンせずに，湿式でナノファイバー化した「リグノセルロースナノファイバー」（リグノCNF）について検討を行った。平成30年度は木粉，竹粉を中心に実験を行った。セルロース系の増粘剤として，ヒドロキシプロピルメチルセルロース（HPMC）を選択し，混練法の探索，木粉：HPMC：水の比率の影響解明，原料の影響評価などを行った。混練には公転自転撹拌脱泡装置が有効で，2000rpm，2分の撹拌で十分な混練が達成された。粘土状素材の流動性には水分含量と押出圧力が大きく影響することを明らかにし，少ない水分量の際は圧力を高めることで押し出せる見通しがたった。水分量が大きいほど押出後の乾燥収縮による変形が大きくなるため，水分が少ないことが好ましい。木粉，竹粉の押出成形品はリグノCNFより変形が小さく軽量になった。さらには流動性測定に用いる細管式レオメータ－に装着可能な金型を特注製作し，木粉や竹粉を外径6mm，肉厚0.5mmのストロー状の円筒を押し出すことに成功した。木粉を押出成形したものを「ウッドストロー」と名付け，ウッドデザイン賞2018を受賞，NHK国際放送，新聞各社などにマイクロプラスチック問題対策技術として大きく取り上げていただいた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は，木材を一度繊維化し，セルロース系の増粘剤，必要に応じて植物系可塑剤を添加して，天然物由来の粘土状木質繊維素材を開発し，押出成形により任意形状の木質材料を再構築することを目的としたものである。申請時は，平成30年度に粘土状木質繊維素材の押出成形試験を計画しており，研究室保有の卓上試験機（MCT-1150,A&D）にピストン型の粘土用押出器を取りつけ，一定量の粘土状繊維を仕込んだのち一定速度でヘッドを下降させて行う予定だった。しかし平成29年度に，研究室保有の定試験力押出形細管式レオメータ－フローテスターCFT-D型（CFT-500D，島津製作所）を別予算で修理し使える状態になったため，素材の押出性評価に加え，粘度測定，荷重を変えての押出性評価もスピーディーに可能となった。そのため平成30年度も引き続き同分析装置を用いて粘土状素材の解析を行うことができ，当初の計画以上に進展した。あわせて，同分析装置に装着して使える金型を開発したことにより，クオリティの高い押出成形試作品（板状，円筒状）の試作も可能となり，板状のものを用いて曲げや引張の強度試験が容易となった。円筒状のもは「ウッドストロー」として，マスコミに大きく取り上げていただき，挑戦的な萌芽研究として学協会，一般に認知いただくことにも成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
応募時申請書では，平成31年度は「成形品のリサイクル性評価」と「リグニンを任意量複合した人工木質繊維を用いた機能性制御」を予定していた。前者は予定通り行う。後者に関しては，セルロース系増粘剤を用いて押出成形する限りは，水を吸水して柔らかくなる性質がある。そこで押出成形後に，成形品に対してリグニンを複合することを検討することとする。
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| Remarks |
その他，伊勢新聞，朝日新聞，中日新聞，東京ＦＭ，業界誌など。
http://www.isenp.co.jp/2018/11/11/25072/ https://www.asahi.com/articles/ASLC95G31LC9ONFB01G.html
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