2013 Fiscal Year Annual Research Report
リグノセルロース系バイオマスからの高付加価値・環境低負荷製品の生産プロセスの開発
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25281048
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
中村 嘉利 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (20172455)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 均 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 教授 (20171423)
宇都 義浩 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 准教授 (20304553)
佐々木 千鶴 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (50452652)
浅田 元子 徳島大学, ソシオテクノサイエンス研究部, 助教 (10580954)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオマス |
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| Research Abstract |
近年、化石資源の枯渇、地球温暖化等の問題を解決するための技術開発や未利用資源の有効利用による循環型社会の構築が求められる中、バイオマスから燃料だけでなく高付加価値製品を統合的に生産するバイオリファイナリープロセスの開発に関する研究に関心が集っている。本研究は、既往技術の問題点であったリグノセルロース系バイオマスのバイオリファイナリーにおける汚染物発生の削減や糖化段階における酵素フリー（高価なセルラーゼを使用しない）プロセスおよび全構成成分の有効利用法の開発という課題を解決するためにバイオマスからの高付加価値・環境低負荷製品の統合的生産プロセスの開発を目的として実験を行った。試料としてスギチップ（針葉樹）とユーカリチップ（広葉樹）を用いて水蒸気蒸煮実験および水蒸気爆砕実験を行い、ユーカリの場合には水蒸気蒸煮のみでも十分前処理効果（脱リグニン効果）があること、スギの場合には水蒸気蒸煮のみでは不十分であり水蒸気爆砕が必要であることを明らかにした。水蒸気爆砕物を水と有機溶媒で抽出することにより低分子量リグニンを分離し、それをエポキシ樹脂と硬化剤に用いた電子基板材料用のエポキシ樹脂を合成し、その熱特性および機械特性を検討した。また、爆砕物の水・有機溶媒抽出残渣物として得られる固形残渣物（セルロースと一部リグニン）に対してグラインダー処理を施して開繊処理を行い、セルロースナノファイバーを製造した。SEM（走査型電子顕微鏡）観察の結果、ナノファイバーの製造が確認され、これを他の樹脂に混合することにより強度が増加する基礎的知見を得た。
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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
・針葉樹と広葉樹ではリグニンの構造および結合様式が異なるので、それぞれに適した水蒸気蒸煮や水蒸気爆砕の最適前処理条件を決定することができた。
・低分子量リグニンをエポキシ樹脂と硬化剤の両方に用いたエポキシ樹脂硬化物の合成に成功し、熱特性および機械特性を一部検討できた。
・爆砕セルロースからナノファイバーを作成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
爆砕セルロースナノファイバーとリグニンエポキシ樹脂の特性をさらに検討するとともにそれらを組み合わせたバイオマス由来の高強度複合材料の作製を行う。この際、リグニンエポキシ樹脂の粘性を予め調節し、セルロースナノファイバーへの樹脂の含浸が短時間に行えるように調整しておく。複合材料の力学的特性は繊維の分散・配向などの内部構造に大きく依存するため、試作したバイオマス複合材料の内部構造を観察する。その後、引張試験、曲げ試験などの強度試験を強度解析ソフトを使用して行い、試作したバイオマス複合材料におけるセルロースナノファイバーによる強化機構と破壊メカニズムについて調査する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品の最終購入額がはっきりしないため、数万円の次年度使用額が生じた。
セルロースナノファーバーやリグニンエポキシ樹脂の合成と評価のための物品費や研究補助のための謝金、研究調査旅費などに使用する予定である。
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