2020 Fiscal Year Research-status Report
Molecular design of polymer dispersants for the improvement of toughness of cellulose nanofiber-reinforced resin composite materials
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19K05600
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
榊原 圭太 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20618649)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高分子分散剤 / セルロースナノファイバー / ボトルブラシ / 複合材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースナノファイバー（CNF）強化による樹脂材料の軽量化に大きな期待が集まる中、複合材料の強靭化は残された大きな課題である。近年研究代表者らは、表面改質にブロック型高分子分散剤を適用することで、親水的表面を有するCNFを疎水的な高密度ポリエチレン（HDPE）に良好に分散し得た。本研究課題では、CNF/樹脂界面へのすべり機能の導入による複合材料の強靭化を企図して、ボトルブラシ型高分子分散剤を開発する。本年度は研究実施計画に従い、ボトルブラシ型高分子分散剤を用いたCNF樹脂複合材料の作製と、強靭化の検証に取り組んだ。前年度に合成したボトルブラシ型高分子分散剤は、セルロース親和性側鎖として水酸基を有するポリ2-ヒドロキシエチルメタクリレート（PHEMA）と、樹脂親和性側鎖として直鎖炭化水素を有するポリラウリルメタクリレート（PLMA）を共に有した。これを分散剤として少量添加し、従来法にてHDPE複合材料を作製した。引張試験に供したところ、破断伸びが従来値より数倍増加したものの、大幅な靭性向上には至らなかった。一方、分散剤の開発に加え、複合材料の作製プロセスの最適化も重要であるため、以下の検討を進めた。まず、天然ゴムとの複合化を指向したバンバリーミキサー混練を検討した。また、CNFとアイソタクチックポリプロピレン（iPP）樹脂との固相せん断処理を検討した。今後、分子設計と複合化プロセスの最適化を相互に検討することで、強靭化の検証とメカニズム解明に取り組んでいく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計画に従い研究を進め、順調に知見を蓄積している。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き、ボトルブラシ型高分子分散剤を用いたCNF強化複合材料を作製し、強靭化を実証するとともに、強靭化メカニズムの解明に向けた構造・物性解析に取り組む。高分子分散剤はリビングラジカル重合により合成する。複合材料は固相せん断などを用い、最適化された条件にて実施する。物性としては、特に動的粘弾性測定に取り組み、界面の効果を議論する。
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| Causes of Carryover |
今年度所属先変更に伴い、様々な複合化設備の利用が可能となり、今年度に予定していた複合化経費を圧縮できたため、次年度使用額が生じた。一方、高分子合成・評価設備が以前所属先より乏しく整備を進めている。次年度は、分散剤合成のためのガラス器具等を購入し、研究を加速させる。
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