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本から見たセカイ

主に読書を通じて見てくる世界をネタに記事にしてます。書評、雑記を中心に更新中!

セルロースナノファイバーの特徴・用途・課題とは?高強度の微細繊維は夢の新素材だった。

読書の準備

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みなさん。

 

こんにちは。マエ☆コウです。

 

サイエンスZEROを久しぶりに見ました。

www.nhk.or.jp

 

前回書いたサイエンスZEROの記事はダークマターと恐竜絶滅の回でした。

 

www.maekawa-koichiro.com

 

今回のサイエンスZEROのキーワードは
セルロースナノファイバー!

 

セルロースナノファイバーは近年一気に注目を浴びている微細繊維で
夢の新素材と呼ばれてもいます。

 

そんなセルロースナノファイバーの特徴・用途・課題を分かりやすくサイエンスZEROで説明していたので、備忘録として記事に起こしてみました。

 

セルロースナノファイバーを全く知らない人セルロースナノファイバーってなんだっけ?って人には大いに役立つ記事になっています!

 

 

 

 

セルロースナノファイバーって何?

 セルロースナノファイバーとは何か?どれくらい微細なのかそしてセルロースナノファイバーの取り出し方をここで説明します。

 

セルロースナノファイバーは超微細な植物繊維です。

 

セルロースナノファイバーはとっても細い植物繊維なんです。

この植物繊維を何から作るかというとパルプです!

パルプは紙の原料である植物繊維です。

 

そんなパルプから作られるセルロースナノファイバーは
ゲル状であることが多いです。

ゲル状態のセルロースナノファイバー

引用元2016年9月18日の放送|NHK「サイエンスZERO」

 

ちなみにセルロースナノファイバーはCNFと略して書かれることもあります。

 

 

繊維ナノファイバーは髪の毛の太さの〇〇分の◯の太さです

 

どれくらい微細かと言うと
髪の毛の5000分の1から10000分の1ほどの太さです。

 

サイエンスZEROではよりイメージがし易いように山手線に例えて説明してました。

 

 

山手線が通っている線路の内側部分の面積を髪の毛の太さとするならば
セルロースナノファイバーの太さはその面積内に生えている太さ1mほどの木だそうです。

 

髪の毛の太さ:セルロースナノファイバーの太さ=山手線内側面積:太さ1mの木

 

微細繊維のセルロースナノファイバーの取り出し方はいろいろ

 

取り出し方はいくつかあります。今回は大きく3つほど紹介します。

 

砥石を使った取り出し方

 

ミキサーで水と混ぜ合わせたパルプを砥石と砥石で間で細かく削っていきます。
砥石と砥石ですり潰すことでパルプの植物繊維がとても細かく裁断されていきます。

 

その細かく切られたセルロースナノファイバーを含んだ水溶液が
砥石と砥石の間からドロドロとでてきます!

 

こうしてセルロースナノファイバーを含んだ水溶液の完成!

水溶液になるのは砥石で削る前に水とパルプを混ぜているからです。

 

マイナス電荷を使った取り出し方

このマイナス電荷を使った方法は2015年の研究で判明しました。
この研究は日本人3名の方が発見して
森林のノーベル賞と呼ばれるマルクス・ヴァーレンベリ賞を受賞しています。

詳しくはこちら

jbpress.ismedia.jp

 

マイナス電荷を使った取り出し方を簡単に説明すると
植物繊維にマイナス電荷を与えてあげることで、マイナス電荷同士が反発しあいます。
マイナス電荷が反発するということはマイナス電荷を帯びている植物繊維自体が反発
するということになります。

 

 

これによってセルロースナノファイバーが今までより容易にそして大量に作ることが
できるようになりました。

 

 



 

 

セルロースナノファイバーの知っておくべき特徴は大きく3つ!

セルロースナノファイバーは究極の素材と呼ばれるほど
素晴らしい特徴がいくつもあります。今回は3つほど紹介します。

 

セルロースナノファイバーは軽くて高強度の素材になる

 

まず1つ目はセルロースファイバーで最も有名な特徴です。

 

セルロースナノファイバーは微細の植物繊維です。
セルロースナノファイバー1本1本が重なり合わさってくと
繊維の結合点が大量にできます。

結合点が多いセルロースナノファイバー

引用元“未来の紙”が世界を変える!? ~日本発・新素材の可能性~ - NHK クローズアップ現代+

 

この結合点が多ければ多くなるほど素材が硬くなっていきます。
この状態で乾燥させると高強度で軽い素材にセルロースナノファイバーは変化します。

 

強度はなんと鉄の5倍!
そしてセルロースナノファイバーは植物繊維なので
鉄より5分の1の重さでめっちゃ軽いんです!

 

 

これは神素材!

 

セルロースナノファイバーにはチクソ性がある

 

チクソ性なんて言葉をマエ☆コウはサイエンスZEROで初めて聞きました。

 

高い粘度の状態のものに一定の力を加えることでその粘度状態が低くなっていき、そして力を加えることをやめると再び高い粘度状態に元通りになる。
このような性質を「チクソ性がある」
と言います。

 

ペンキを思い浮かべると良いです。

 

ゲル状のセルロースナノファイバーが入った入れ物に上下に振ると徐々に水溶液に
なっていきます!

 

そしてその入れものに振動を与えなくするとまたゲル状に戻っていきます。

 

振動などの力を加えると繊維が崩れてゲル状から水溶液に近づきます。
振動を与えないとまた繊維が結合しはじめてまたゲル状に戻るから、このようなことが起きます。

 

 

セルロースナノファイバーは表面積が大きい

セルロースナノファイバーは微細なわけなので、表面積が大きくなるのは
直感的にわかるかと思います。

 

 

 

 

セルロースナノファイバーはどんな所に使われてるの?

 

サイエンスZEROでは大きく4つ紹介していました。

 

自動車産業

 

これは特徴の1つ目!
軽くて鉄より強度の高いセルロースナノファイバー素材を使用することで
自動車の軽量化に活用してくようです。

 

「俺の車セルロースナノファイバー使ってるんだぜ!?」って言うと
自動車好きの人が食いついてくること間違い無し!

 

文房具業界

 

これは特徴の2つ目チクソ性に関わるものです!

ボールペンのインクには増粘剤が混ざっています。

 

しかし、増粘剤が上手く混じらないと
ボールペンで書いている最中にインク漏れがしたり、インクがかすれたりします。

 

この増粘剤にセルロースナノファイバーを使用することで
より安定してインクを出すことができるようになって

いままでよりも快適なボールペンの書き心地を可能にできるそうです。

 

化粧品業界

 

これも特徴の2つ目チクソ性に関わるものです。

 

女性のみなさん
日焼け止めをつけるとある悩みがありますよね?

 

 

そうです!
日焼け止めをつけたあとのベタつき!!

 

あのベタつきも日焼け止めに入っている増粘剤の影響です。

 

この増粘剤の代わりにセルロースナノファイバーを利用すると
なんとベタつきのない日焼け止めを作ることが可能だとか!

 

素晴らしいですね!

 

トイレタリー業界

 

これは3つ目の特徴!表面積が大きいことと関係があります。

おむつには
いまでも気になる匂いを消す消臭機能がついています、

 

しかし、このセルロースナノファイバー素材を使用すると
現在よりも消臭機能を高めることができます。

 

表面積が大きいので、ニオイ成分を効率的に吸収することができるからです。

 

「俺のオムツにはセルロースナノファイバーが使われてる!」なんて
おじいちゃん、おばあちゃんに言われたら

 

どうなりますかね?!?!

 

教えてください!

 

 

セルロースナノファイバー実用化までの課題何がある?!

 

セルロースナノファイバーの市場規模は1兆円に上ると言われていますが
ある課題が残されています。

 

それが生産コストの問題!

 

2015年までは
セルロースナノファイバーの生産コストは1kgあたり5000円から1万円です。
一方で鉄は2015年以前から1kgあたり50円から200円
生産することができます。

 

う〜ん。かなり差がありますね。
セルロースナノファイバーは高い・・。

 

 

しかし!

2015年にマイナス電荷を使ったセルロースナノファイバー分解法が判明してからは
急激に生産コストが下がっています。

 

現在は1kgあたりセルロースナノファイバーは1000円ぐらいで生産されるようになってきました。

 

これでも鉄と比較すると5倍の差があります。

 

う〜ん。もうちょい下がるとセルロースナノファイバーの時代になりそう。

 

 

終わりに

セルロースナノファイバーは名前を聞いたことがあったけれども
ここまで有能だったとは思わなかった笑

 

サイエンスZEROでも21世紀はセルロースナノファイバーの時代になるかも!と言っていたので

 

この夢の新素材セルロースナノファイバーには常にアンテナを貼っておかないと
時代に遅れになっちゃうよ!!!

 

来月セルロースナノファイバーの読んでみようかな!

 

図解 よくわかるナノセルロース

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スーパーバイオマス:植物に学ぶ,植物を活かす

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以上

マエ☆コウでした。

 

サイエンスZERO記事

 

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