2021 Fiscal Year Annual Research 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 | セルロースナノファイバー / 高分子分散剤 / ボトルブラシ / 樹脂複合材料 / 溶融混練 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースナノファイバー（CNF）補強による樹脂材料の軽量化に大きな期待が集まる中、その複合材料の強靭化（破断伸びの増加）は残された課題である。本研究では、オレフィン樹脂(ポリエチレン（PE）、ポリプロピレン（PP）)を対象に、ボトルブラシ構造を有する新規高分子分散剤の開発を推進し、靭性を兼ね備えた強靭複合材料の実現を目指した。ボトルブラシとは高密度くし型ポリマーを指し、多数の側鎖ポリマー末端に由来する興味深い特性を示すことが報告されており、特に側鎖セグメント密度が高ければ濃厚ポリマーブラシと同様の性質、例えば極低摩擦特性やタンパク質非吸着性、が得られることが見出されている。そこで、高分子分散剤にボトルブラシ構造を導入することで、複合材料への強靭化効果を企図した。今年度は、CNFとの親和性を高めるべく、セルロース分子を主鎖としたボトルブラシを合成し、CNF／アイソタクチックPPの溶融混練時に添加することでその効果を調べた。すでに強靭化への効果が認められている固相せん断プロセスと組み合わせることで、市販の相溶化剤であるマレイン酸変性PP（MAPP）を用いた場合よりも約1.8倍、破断ひずみを増加できることが判明した（MAPP使用時の破断伸び：260%、ボトルブラシ分散剤使用時の破断伸び：470%、いずれもCNF5重量%添加の場合）。一方で、蛍光標識分散剤を新たに導入し、CNF／樹脂界面への分散剤の界面偏析効果を確かめるべく、まずは既存のジブロック共重合体を用いたところ、良好に蛍光観察できた。今後、蛍光標識したボトルブラシ分散剤による界面偏析が確認できれば、ボトルブラシによる強靭化効果をより確実に立証できるものと考える。
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