第34回 夏季研修会論文集 2013/07/20

リグノフェノール商品開発の方向性（戦略）藤本栄之助

１．はじめに新しい難燃性樹 脂の開発 は OA 機器、自動車、航空 機などの安全性確保の上で必須のテーマである 。これまでに ポリフェニレンオキサイドとい う難燃 性樹脂はあったが、さらなる機能性向上とコ ストダウンをめざし、各社は汎用性樹 脂にフィラーや燐酸エステル、新しくはポリ 乳酸等を添加し難燃化 を試みた が、加 工性が悪く開発は進展していな い。本テーマ はバイオ原料を基材と し、加工性と難 燃性を改良した新規樹脂の創生 である 。
われわれが 4 年前から隠岐の 島布施 実証プラントで生産して きたリ グノフ ェノー
ルを , バイオ原料基材として、汎用性樹脂、たとえばポリエチレ ン、ポリプロピレン、ポリスチレンおよ びポリ カーボネートなどに任意量ブレ ンドし、 cost performance
的 に バ ラ ン ス よ い 耐 久 性 お よ び 難 燃 性 樹 脂 を 開 発 す る こ と を 目 標 に ,出 光 興 産 グ ループと共同で商品 開発を 進めてきた。
２．研究開発の概 要
本研究開発はこれまで未利用資源として放置されてきた間伐材、林地残材および製剤くずなどを原料として新規素材リグノフェノールを製造し、それを基材として汎用性樹脂にブレンドすることにより、従来よりも安価で、難燃性に優れ、また加工性が大幅に改善された新素材を提供するものである。この研究成果によって、今日の高機能社会の技術的な基盤をなす OA機器、通信情報機器、自動車および航空機などがさらに安全性と信頼性を高め、人類に更なる繁栄と幸福をもたらすであろう。
経済環境がグローバル化され、それに伴って社会の機能が高度化するにつれ、OA 機器、通信機器(日常生活に不可欠な PC やスマーとフォンなどを含む)、自動車および航空機などに搭載される IC 回路やリチウムイオン電池などの発熱や事故による発火などに対応できる難燃性樹脂の商品開発は喫緊のテーマとして期待され、進展状況が注目されている。
これまでの難燃性樹脂の典型はポリフェニレンオキサイド（商品名ザイロン）であるが、社会的な要請としてさらなる機能性（難燃性と加工性のバランス）の向上とコストダウンが追求されている。これらの高度な要求に応えるために、従来は汎用性樹脂に無機フィラーやポリ燐酸エステル、また新しくはポリ乳酸などをブレンドして難燃性を向上させる試行が続けられてきたが、難燃性は向上しても加工性が急激に低下して、コストダウンの目標からははるかにかけ離れた成果しか挙げられていない状況である。
われわれが構築した開発共同体は、森林の未利用資源、すなわち間伐材、林地残材および製材くずなどを効率的に収集し、いわゆる舩岡法と呼ばれる硫酸によるリグニンとセルロースを相分 離精 製し、リグニンは化学 的に安定 化させたリグノフェノールとして取 り出 し、セルロースは硫酸回収を経て嫌気性発酵法によりメタンガス化し、新エネルギー源として活用するシステムとして実証テストプラントで技術を確立した。
本開発テーマは、このリグノフェノールを基材として、汎用性 ポリマーである PE、PP、ポリスチレンあるいはポリカーボネートなどと数％のレベルでブレンドし、難 燃性の高度 な、また加 工 性 の高 い新 規 なコンパウンドを製 造 し、商 品 化 を目 指 すものであり、安 価 な機 能 性 樹脂を提供することを目標とする。

３．研究開発の高 度化目標および技術的目標値
汎用性樹脂にリグノフェノールを５〜20％ぐらいブレンドし、その複合体コンパウンドの難燃性指標(HT および V0)が、従来品と比較して 20％以上の改良を目標とする。また加工性指標（Melt Index など）がこれまでのフィラーや燐酸エステル、ポリ乳酸などを混合したものよりも 50％以上改善できるようにすることで、工業化した場合の生産性を上げ、コストダウンを図る。
リグノフェノールは単独で使用する場合と化学的に修飾して用いる場合がある。リグノフ
ェノールはリグニン骨格からなり、化学構造にベンゼン核を含んでいるためにポリスチレンやポリカーボネートには混合しやすい。一方 PE や PP などのリニア（線状）なポリマーには混合しにくいのが特徴である。もっとも汎用な PE や PP にも混ざりやすくして、極めて安価な難燃性樹脂を世に出すことは、衝撃的な話題性とともに受け入れられるであろう。
新規な難燃性樹脂の製造コスト低減には注力しなければならないが、商品としての販売価格は生産する企業とそれを購入するユーザーの間で、商品の持つ機能性で決められるべきものである。企業が求める利益とユーザーの経済感覚バランスで、商品の販売価格は自ら決まるところに決まるもので、それを間違うと事業化に失敗することは必至である。市場

調査の重要性を認識しながら、販売数量と価格を予測し、製造コストを基に経済性評価を行い、事業として成功させたい。

４．研究開発の具 体的な内容
本研究開発テーマが工場生産の段階までステップアップし、事業として成功するための重要な案件は、まずリグノフェノール生産事業を、利益を生み出す事業として FS で確認できるものにしなければならない。そのために現状ではリグノフェノールの販売価格を 1,300 円/kg と設定している。リグノフェノールはカテゴリーとしてはフェノール樹脂系統に入り、価格が比較されるのはフェノール樹脂がベースになり、フェノール樹脂が 250〜400 円/kg で取引されている実情からすると、リグノフェノールは１/3 以下の使用量でフェノール樹脂と特性を凌駕する機能を出現させる必要がある。リグノフェノール原体を化学修飾させて使用する場合には、更なる使用量の低減が要求される。そのために（１）樹脂への添加量は 5〜20％の範囲にとどめる（２）微小な木粉や無機フィラーなどの表面に 2〜10％均一にコートする技術を応用して、coated particle を形成してそれを樹脂とブレンドするなどでコストダウンを図っていくが、もちろん難燃性と加工性の指標を逸脱しない範囲を探すことが重要になる。ブレンドの方法は基本的には押出機を用いるが、事前にコーンブレンダーなどで予備混合しておく必要があるかどうかの確認も怠ってはならない。
５．期待される成 果
汎用性樹脂の範疇にあるＰＥ，ＰＰ，ポリスチレン、ポリカーボネートなどにリグノフェノールを数％ブレンドすることにより、高度な難燃性ポリマーに、しかも安価に変換できる効果は必ず世間から評価されるであろう。これまでの難燃性を向上させると成形性が低下すると言う矛盾も同時に解決されて、生産量の増強により固定費の削減も可能になるであろう。

すでに前述したように、難 燃性樹脂を安価に、大量に供給できるようになれば、ＯＡ機器、情報通信機器および自動車や航空機などの交通機材にいたるまで、日常生活に必要な身近なものの安全性が高まり、この世の中はさらに精神的な豊かさが満ち溢れるであろう。
【新たな事業展開の可能性】
リグノフェノール基材は森林の未利用資源を原料とすることから、この生産工場は間伐材等の収集物流コストを低減するために、山間地に設置すべきである。これまで生産および情報の中心地はコンビナートであり大都市であったもの が、 この事業が成功した場合には、ある程度の目に見える形で中山間地域と呼ばれる農山漁村などに分散し、富と幸福度の平準化が国土の中で定着していくことを期待できる。
世界と競合できる独自の技術によって、農山漁村などに生産の拠点を置き、そこに経済的な繁栄をもたらすことが、バイオマスニッポンが目標としたことである。
【その他】
本 テーマの基 材 であるリグノフェノールは森 林 の未 利 用 資 源 を原 料 とするものであり、都 会を中 心に回 っていた経 済 活 動が、幾 分 かは地 方の農 山漁 村に傾き、新 しい雇 用の場 が開け、格差社会の解消にも繋がっていくことを期待できる。

６．結論*アセチル化リグノフェノールは木質バイオ由来でありながら PC に配合しても透明になる。
*アセチル化リグノフェノールは PC に高い難燃性を付与することができる。
*アセチル化 50％以上であれば PC との相溶性が向上し、PC にナノ相分離構造を形成する。
*アセチル化リグノフェノールは熱安定性の増大が難燃性向上の要因と推測される。
*アセチル化 リグノフェノールは透 明 性 、着 色 抑 制 、高 配 合 性 および成 形 性 改 善 で幅 広 い
環境対応商品に成長できる機能性の高い素材である。