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2018 年度 実施状況報告書

日本林業再興のための木材需要を生み出す統合的ペーパーデバイスの開発と活用

研究課題

研究課題/領域番号 17KT0069
研究機関筑波大学

研究代表者

江前 敏晴  筑波大学, 生命環境系, 教授 (40203640)

研究分担者 橋本 悠希  筑波大学, システム情報系, 助教 (10601883)
古賀 大尚  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (30634539)
川原 圭博  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (80401248)
研究期間 (年度) 2017-07-18 – 2020-03-31
キーワードセルロース / 油水分離 / フィルタ / 紙 / メディア / タッチセンサ / 音声ガイダンス
研究実績の概要

食品廃棄物や海難事故により生じる油と水の混合液を効率よく分離するセルロース系膜材料を開発した。通常の膜は油を通して水を通さないが、洗浄が難しい。そこで油をはじいて水を通す膜を開発した。セロハン製造工程中の中間生成物であるビスコースに、鋳型となる微粒子を加え乾燥後、微粒子の塩を溶解し、スポンジとする。セルローススポンジの内孔表面に竹のパルプから調製したセルロースナノファイバ(CNF)(親水性と親油性をもつ両親媒性、BCNF)を吸着させた。木材パルプ由来のWCNF及びポリビニルアルコール(PVA)と比較したところ、それらよりも分離性能が高かった。
さらに、指でなぞるとその通り発音してくれる“喋る紙メディア”を開発した。案内板の点字をなぞると音声でも案内が聞けるポスターや学習教材に応用できるものである。指の接触で静電容量の変化を感知するタッチセンサーと録音・再生ICを組み込んだ回路を作製した。メディアとなる表紙にはメッセージが書かれ、指でなぞるとその通り読み上げる。点字を重ねれば視覚障がい者は触読しながらメッセージを聞ける。タッチセンサーに代えてアルミホイルを電極とし表紙を隔てた指との間の静電容量の変化を感知する仕組みで、指が触れている場所のボイスメッセージを流す。
また、紙基板そのものの加工技術も開発した。ウェアラブルデバイスをターゲットにするため、皮膚に接する面は柔らかく、センサー機能を搭載する面は固い構造をもつ紙の製造法を開発した。紙の乾燥工程でエタノールを滴下することで繊維間の強い水素都合の形成を阻害することで両面性を持つ紙基板とすることができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

生分解性の高い紙基板によるプラスチックの置き換えとそれによる環境に与えるインパクトの低減を目標としてきたが、食品廃棄物や海難事故による油水混合が環境に与えるインパクト大きいが、紙由来のセルロース材料を活用したフィルタが創製したことで貢献ができたと考えている。また、新しいメディアとして視覚障がい者向けの音声ガイダンスポスターを開発することができた。これも加工性が高く安価に制作できる紙メディアの一種であり、プラスチック材料の置き換えに繋がる。これらのことから当初の目的に対する達成度は非常に高いと考えている。

今後の研究の推進方策

最終年度は、実際の紙基板エレクトロニクス作製に当たって壁となっている堅牢性向上ために、紙にセルロースナノ材料であるセルロースナノクリスタルをプレコートする技術完成を目指すことにしている。独自の堅牢性試験装置を作製したところであり、その評価を行っていく。また最終年度に予定していた農業への活用は、残留農薬検査を酵素反応の阻害を利用して行う紙センサーで、この技術は新しくはないが、基板にカーボンナノチューブを利用したヒーターを取り付け、反応の迅速化を試みている。手作業による酵素反応試験では検出できることがわかっている。これらを実用レベルに持って行くことが目標である。

次年度使用額が生じた理由

最終年度にパーケージング関連の応用を計画しているが、これに実地調査を含めることを考えているため、ある程度大きい費用を用意しておく必要があると考えた。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うちオープンアクセス 2件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] Bogor Agricultural University/Center for Pulp and Paper/ITSB(インドネシア)

    • 国名
      インドネシア
    • 外国機関名
      Bogor Agricultural University/Center for Pulp and Paper/ITSB
  • [雑誌論文] ナノエマルションからの自己組織化による銀ナノ粒子の調製2018

    • 著者名/発表者名
      胡ドン皓, 小川 和義, 梶山 幹夫, 江前 敏晴
    • 雑誌名

      日本印刷学会誌

      巻: 55(2) ページ: 105-107

    • DOI

      https://doi.org/10.11413/nig.55.105

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 紙メディア研究のトレンドこの10年2018

    • 著者名/発表者名
      江前敏晴
    • 雑誌名

      日本印刷学会誌

      巻: 55(5) ページ: 312-313

    • DOI

      https://doi.org/10.11413/nig.55.309

    • オープンアクセス
  • [学会発表] Synthesis and Characterization of Carbon Dots by TEMPO-CNF and TTDDA via Microwave Method2019

    • 著者名/発表者名
      Donghao Hu, Toshiharu Enomae
    • 学会等名
      第69回日本木材学会大会(函館大会)
  • [学会発表] セルロースナノクリスタルの活用による紙基板回路の飛躍的導電性向上2019

    • 著者名/発表者名
      林冠萱,胡ドン皓,江前敏晴
    • 学会等名
      第69回日本木材学会大会(函館大会)
  • [学会発表] Paper Devices as an Actuator and Power Generator2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Enomae, Masato Morii, Nobuyo Oyaizu, Feng-Cheng Chang, Hsun-Yi Chen
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Resource Efficiency in Pulp and Paper Technology (3rd REPTech), Indonesia
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Paper-based electronics and sensors fabricated by using printing technology2018

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Enomae, Yinchao Xu, Evi Oktavia, Masato Morii, Hirotaka Koga
    • 学会等名
      Department lecture meeting, Zhejiang University of Science and Technology, China
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 紙デバイスの創製及び筑波大学における教育改革の動向と課題,2018

    • 著者名/発表者名
      江前敏晴
    • 学会等名
      平成30年度福井県教頭・副校長会秋季総会
    • 招待講演
  • [学会発表] 印刷を活用した紙基板のエレクトロニクスとセンサーの開発2018

    • 著者名/発表者名
      江前敏晴
    • 学会等名
      平成30年度第3回PE産業分科会-JAPEC
    • 招待講演
  • [学会発表] 紙の摩擦係数と快適触感について2018

    • 著者名/発表者名
      江前敏晴
    • 学会等名
      第121回日本画像学会年次大会 [workshop-1]紙粉発生の良し悪しを判断する評価手法に関するディスカッション
    • 招待講演
  • [学会発表] ティッシュペーパーの肌触り感の定量的評価2018

    • 著者名/発表者名
      王嫣然, 江前敏晴
    • 学会等名
      平成30年度繊維学会秋季研究発表会(福井)
  • [学会発表] A mathematical approach to study colloidal behavior of cellulose nanocrystal colloidal particles2018

    • 著者名/発表者名
      Kuan-Hsuan Lin
    • 学会等名
      The 9th Asian Symposium on Printing Technology (ASPT2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Physical Strength of Cellulose Sponge as Dye Adsorber2018

    • 著者名/発表者名
      Abdul Halim
    • 学会等名
      The 9th Asian Symposium on Printing Technology (ASPT2018)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Evaluation of Paper Vibration Generator on Power Storage and Supply characteristics2018

    • 著者名/発表者名
      Moe Takeuchi, Toshiharu Enomae, Masato Morii, Mikio Kajiyama
    • 学会等名
      The 9th Asian Symposium on Printing Technology (ASPT2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrophoretic mobility of cellulose nanocrystal colloidal particles: A consideration on end effect2018

    • 著者名/発表者名
      Kuan-Hsuan LIN, Takuya SUGIMOTO, Donghao HU, Motoyoshi KOBAYASHI, Toshiharu ENOMAE
    • 学会等名
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] Potency of Bioactive as Biosensor for Detection of pH and Chemicals in Food Products2018

    • 著者名/発表者名
      Anting WULANDARI, Titi Candra SUNARTI, Fahma FARAH
    • 学会等名
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] Properties of inkjet-printed cellulose nanocrystal laminate on paper2018

    • 著者名/発表者名
      Kuan-Hsuan LIN, Toshiharu ENOMAE
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Resource Efficiency in Pulp and Paper Technology (3rd REPTech), Indonesia
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication of Cellulose Sponge with Cellulose Nanofiber-Deposited for Oil-Water Separation Membrane2018

    • 著者名/発表者名
      Abdul Halim, Yinchao Xu, Toshiharu Enomae
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Resource Efficiency in Pulp and Paper Technology (3rd REPTech), Indonesia
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface environment of cellulose nanocrystal colloidal particles and its influence on colloidal behavior2018

    • 著者名/発表者名
      Kuan-Hsuan Lin, Takuya Sugimoto, Motoyoshi Kobayashi, Toshiharu Enomae
    • 学会等名
      第85回紙パルプ研究発表会

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公開日: 2020-03-17  

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