電子デバイス用セルロースナノファイバー紙の開発
デジタルものづくり課 丹保浩行 岩坪 聡*1
1. 緒言

3. 実験結果および考察

フレキシブルデバイスの基板として、ガラスやプラス

図 2 に横プレス法で成形した CNF 紙の光学像を示す。

チックを用いた開発が行われている。近年、海洋環境中

図 2(a)、図 2(b)は、それぞれ 3 cm × 3 cm、4 cm × 4 cm ので分解されないプラスチックの環境汚染が問題となり、モールドを用いて横プレス成形した CNF 紙である。図 2

海洋生分解する材料の開発が求められている。セルロー(a)より、CNF 紙の外周付近に 4 本の直線が観察された。

スナノファイバー（CNF）は、木材を構成する主成分のこれら線が交差するまで延長させるとき、モールドと同セルロースをナノ化した素材である。生分解性を有するじサイズの四角形が描かれるため、CNF 紙はプレス成形

CNF から形成される紙は、軽量で折り畳め、ガラス並みされたことがわかった。線より外周側はモールドサイズに低熱膨張率・高透過率である。我々は、これまでキャが小さいため、プレス成形されていない。一方、モールスト法や横プレス法を用いて CNF 紙の成形を行い、このド端により形成される直線は、図 2(b)に示す CNF 紙から上にスパッタ法を用いて酸化インジウムスズ（ITO）の堆は観察されなかった。モールドは、ゲル状 CNF 膜より大積を行ってきた。ITO/CNF シートの ITO 膜厚が増大するきいため、CNF 紙全体がプレス成形されたことがわかっにつれて、波打つ透過スペクトルの周期は短くなることた。これらより、プレスされていない領域では、自然凝がわかった 。このような干渉スペクトルは、均一な厚み集により CNF 紙は形成されるが、圧力を印加されているの ITO 薄膜が CNF 紙上に形成されていることを示唆して領域ではCNF 同士の自然凝集に伴う変形が抑制された状いる。本研究では電子デバイス用途向け CNF 紙の高平坦態で CNF 紙は成形されていると考えられる。

1)化を目的として、ろ過法や横プレス法について検討した。
2. 実験方法
繊維幅の平均が数 10 nm の CNF を用いた。純水を加え0.7 wt%に希釈した CNF 水懸濁液を減圧ろ過することにより、ゲル状 CNF 膜をメンブレンフィルター上に形成した。このゲル状 CNF 膜の表面にシリコンモールドを接触させ、室温大気中で重力方向に対して垂直方向にプレスした（図 1）。そして、電気炉の温度を上昇させ、110C

Fig. 2 Optical image of CNF paper formed by use of moldfor various dimensions; (a) 3 cm × 3 cm, (b) 4 cm × 4 cm

で 1 h プレスした。モールド及びメンブレンフィルターか

図 3 に紫外可視近赤外分光光度計を用いて測定したら剥離することにより CNF 紙を形成した。ここで、モーCNF 紙の透過率を示す。CNF 紙の厚みが減少するにつれルドは、3 cm × 3 cm と 4 cm × 4 cm の 2 通りのサイズを用て、透過率は増大することがわかった。堅牢性は低くないて CNF 紙を作製した。
さらに、
CNF 水懸濁液を 2 ~ 5 ml

るが、紙厚 5 μm の CNF 紙の透過スペクトルは、波長 550と変化させることにより、CNF 紙の厚みを 5 ~ 15 μm とnm において透過率 90%を示した。透過スペクトルより、変化させた。圧力測定フィルムを用いて 0.2 ~ 0.6 MPa となるように押込量を設定し、マイクロメータを用いて紙厚を測定した。

Fig. 1 Schematic of CNF paper formation using lateral
hot-pressing method*1 現Fig. 3 Transmission spectra of the CNF papers withvarious thicknesses; (a) 15 μm, (b) 8 μm, (c) 5 μm

企画管理部
富山県產業技術硏究開発センタｰ硏究報吿 No.34 (2020)

17

CNF 紙に対する X 線回折を θ-2θ スキャンで行った。得紙厚が減少するにつれて、紙全体での光散乱が減少してられた強度をセルロース(200)で規格化した結果を図 5 にいると考えられる。
ここで、横方向プレスを用いたナノファイバーシート示す。CNF 紙の厚み（CNF 水懸濁液量）が減少するにつ成形について明らかにするために、ミクロンレベルの長れて、より高角度側（X 線の侵入できる深さが大きくなさを含むCNF と水の関係を調査した。
ナノセルロースは、る）のセルロース(200)のピークが減少する傾向を示した。

直径 3 ~ 4 nm のセルロースミクロフィブリル、あるいは減圧ろ過や横方向プレスを用いて成形した紙はセルローその集合体として幅が数十 nm 以下の素材である。セルスから形成されていることを確認した。

ロース表面にリグニンが付着していない CNF は、セルロースミクロフィブリルの間に空隙が形成されている。水は、セルロース表面の水酸基と相互作用し、セルロースを膨潤させる。モールドで挟みプレスしたとき、余剰なゲル状 CNF、あるいは水分はモールド外周の端から排出される。そして、水分子は絡まり合うナノファイバーの空隙を拡散して、モールド端から蒸発する。重力方向に対して垂直方向のプレス（図 1）は、絡み合う CNF の空隙に残留するガスの量を劇的に減少させ、モールドと接触している CNF（図 2）の凝集に伴う自然変形を抑制させると考えられる。
図 4 に CNF 紙および再生紙の表面の水滴の状態を示す。
減圧ろ過法や横プレス法で成形した CNF 紙の表面は、濡

Fig. 5 XRD curves for the CNF papers with various
thicknesses; (a) 15 μm, (b) 8 μm, (c) 5 μm
4. 結言

れ性が良い親水性を示した。一方、市販の再生紙は疎水減圧ろ過法や横プレス法を用いて CNF 紙を作製した。

化が施されていることを確認できた。セルロースは、微CNF 水懸濁液量が減少するにつれて、CNF 紙厚みは減少

細化法により、ナノファイバー表面に親水面あるいは疎し、堅牢性は低くなるが、CNF 紙の光透過率は増大した。

水面が形成される。
横プレス成形されたCNF 紙の表面は、CNF 紙の表面は親水性を示し、軽量で折り畳める紙はセ多くの親水面が露出していると考えられる。

ルロースで形成されていることを X 線回折より確認した。
参考文献
1) 富山県産業技術研究開発センター研究報告,
32 (2018) 28
謝 辞

Fig. 4 States of a drop of water on the surface ofpaper; (a) CNF paper, (b) recycled paper

本研究推進にあたり、CNF をご提供頂いた中越パルプ工業株式会社に深く感謝いたします。

キーワード：電子デバイス、セルロース、ナノファイバーDevelopment of Cellulose Nanofiber Paper for Electronic Device
Digital Manufacturing Section; Hiroyuki TAMBO and Satoshi IWATSUBO
Preparation of cellulose nanofiber (CNF) paper has been investigated to apply for electronic devices. Initially, theCNF/water suspension was filtered. The gel-like CNFs were pressed in the direction perpendicular to the direction of gravity.
Pressing was carried out at the temperature of 110C for 1 hour in an electric furnace. It was found that when amount of theCNF/water suspension was decreased, the toughness of CNF paper decreased and the transmission of CNF paper increased.
The surface of CNF paper showed hydrophilicity.

18

Reports of the Toyama Industrial Technology R&D Center No.34 (2020)