－新技術紹介－

●容易にナノ化できる「アロンフィブロ®」の用途開発
Application Development of “ARONFIBRO®”（“ARONFIBRO®”can easily be refined down to nanocellulose）

─────────────────────────────────────────────────────髙田 じゆんJun Takada
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Key Word : ARONFIBRO®, Cellulose nanofiber, CNF, Application, Composite, CNT

１ 緒 言

水溶液で酸化し、酸化セルロースとしたものである（この段階ではCNFに解繊されていない）。固形分濃度は約10%であ 近年、環境負荷低減のためバイオマス由来の材料に注目がり、市販されているTEMPO酸化CNF（２～５%）と比較す集まっており、セルロースナノファイバー（以下 CNF：

ると高い固形分濃度である。また、高固形分濃度であるにもCellulose Nanofiber）はその代表の１つである。CNFはセかかわらずゲル化はしておらず、流動性を保っている。このルロース分子が数十本集まって形成される太さが数 nmで結

「高固形分濃度と流動性の両立」がアロンフィブロ༰の特長

晶化度の高い繊維であり、植物細胞壁の基本骨格となっていの１つである。

る1)。磯貝らは２,２,６,６-テトラメチルピぺリジン-１-オキ

表１ アロンフィブロ༰の特性と外観（下）

シラジカル（以下 TEMPO）によってセルロースを酸化す

ることで、植物繊維からCNFを取り出せる（解繊という）2）ことを見出した 。この方法を使って様々な原料からCNFが得られ、基礎から応用にわたる幅広い研究開発が進められている。CNFの機能として注目されているのは高分子材料との複合化による補強効果である。この効果は材料中でCNF

性状

ペースト状

分散媒水

固形分濃度約10wt%

酸価PPROJカルボキシ基の対イオン

がうまく分散することで発現される。しかし、アスペクト比粘度（25 ℃、20 s ）ナトリウムイオン
5.8 Pa・sの大きいCNFは2%という低濃度の水分散液でもゲル化してしまい、材料との混合が難しいという課題がある。また、解繊にも多くのエネルギーが必要であり、これが環境負荷低減というメリットを相殺してしまうというケースもある。これ
らの解決が、CNFの実用化のための重要なポイントである。
 このような流れを踏まえて、東亞合成では次亜塩素酸ナトリウム（NaClO）の高濃度水溶液を酸化剤として用いる酸化セルロース製造法を開発した3,4 ）。この方法で用いる次亜塩素酸ナトリウムはTEMPOと比較して非常に安価であり、得られた酸化セルロースは解繊しやすいという特性がある。
さらに、得られたCNFのアスペクト比はTEMPO酸化CNF

前述のようにアロンフィブロ༰の製造プロセスには高圧ホよりも小さく、高濃度（約10％）で提供できる。これらのモジナイザーのような特殊な装置による解繊プロセスは含まことがトータルコストを下げることにつながり、一般的なれておらず、使用する際に解繊するという使い方を想定してCNFの1/5以下の価格での市場提供が可能と見積もっている。

いる。これによってCNF解繊コストを省き、価格を下げる

 現在ではこの酸化セルロースを「アロンフィブロ༰」としという考え方である。ここで重要なのは「一般的な撹拌方法て商標登録しての販売準備と、アロンフィブロ༰の特長を活できちんとCNFに解繊されること」である。そこで、実験かした用途探索を並行して進めている。本稿ではこの用途探室や工場で広く使われているホモミキサー処理でアロンフィ索の中から応用範囲が広いものを紹介していく。

ブロ ༰ をCNFに解繊できるかを確認した。図１に示すように、ホモミキサーでの撹拌によって 太い繊維が数 nmの２ アロンフィブロ༰の特性CNFに解繊されていることがわかる。これらの点から、アロンフィブロ ༰ は「使いやすいCNF原料」と位置付けるこ アロンフィブロ༰の特性と外観を表１にまとめた。アロンとができる。

フィブロ༰は原料であるセルロースを次亜塩素酸ナトリウム東亞合成グループ研究年報 2TREND 75(12023'第26号
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図２ ヤング率と変形仕事の考え方
図１ ホモミキサーでのアロンフィブロ༰解繊

 以上がアロンフィブロ༰の特性の概要である。次章からは、

 図３にセラミックスバインダーとしてMCのみを使った坏

その応用例について述べていく。

土と、MC：アロンフィブロ༰（カルボキシ基がNa塩型の乾燥体）=８：２、５：５とアロンフィブロ ༰ の比率を増やし３ アロンフィブロ༰の応用例たものの比較を示した。これらのサンプル調製にはアロンフィブロ ༰ の乾燥粉体を用いており、坏土を練るプロセスでCNFは親水性が高く、水が存在する系（水系）と存在しCNFに解繊されている。３種類の坏土のデータを同じヤンない系（非水系）では使用方法が大きく異なってくる。そこ

グ率、すなわち同じ固さでの変形仕事の大小で比較すると、で、本章では用途を「水系用途」と「非水系用途」の２つに最も変形仕事が大きいのはMCのみをバインダーとして使用分けて、応用例を紹介していく。

した坏土である。ここからMCをアロンフィブロ༰ に置き換えていくと、変形仕事が小さくなっている。これは坏土の力

３.１ 水系用途への応用学的性質が「静置時は強度を発現するが、ある程度以上のひ 水系での応用例として「セラミックスバインダー」と「カずみを与えると変形しやすくなる」と変化したことを示してーボンナノチューブ（CNT）分散剤」の２つを紹介する。

いる。この変化は坏土成型プロセスでのエネルギー低減につながるものであり、セラミックスバインダーはアロンフィブ

３.１.１ セラミックスバインダーへの応用

ロ༰の用途として有望である。

 セラミックス成形品を作る際の添加剤としてバインダーは
非常に重要である。セラミックス粉末と水にバインダーを混ぜて練り合わせることで、成形可能な粘土状（坏土という）になる。また、バインダーの種類や量によって坏土の固さや成形しやすさも大きく影響を受ける。このバインダーとして



よく用いられているのがメチルセルロース（MC）である。

MCはセルロースを構成するグルコースの水酸基の一部をメチルエーテル化したものである。この化学修飾によってMC
は水溶性となり、セラミックスバインダーだけでなく幅広い分野で使用されている。このMCの一部をアロンフィブロ ༰に置き換えて坏土を作成し、その強度や成形性を比較した。
 比較のポイントは「ヤング率」と「変形仕事」の２つである。考え方を図２に示した。坏土の圧縮試験から応力-ひず
図３ セラミックス坏土へのアロンフィブロＲ®乾燥体の添加効果み曲線（S-Sカーブ）を求める。そのS-Sカーブ上のひずみAからひずみBまでの面積が「試験材料を変形させるのに必要３.１.２ カーボンナノチューブ分散剤への応用な仕事量」となる。また、ひずみが小さい部分でのS-Sカー

 カーボンナノチューブ（CNT）は芳香環が並んだシートブの傾きが「ヤング率（固さに相当）」となる。この２つをを筒状に丸めたような構造を持つ炭素繊維の１種である。

パラメータとしてアロンフィブロ༰の添加効果を調べた。

CNTは力学的・電気的な物性に特長がある5）。特にその導電性の高さから、リチウムイオン電池などへの応用が検討されている。しかし、「芳香環が並んだ」という構造のため水へ東亞合成グループ研究年報
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いう検討はCNFの応用として広く行われており、ゴム材料への添加はその１つである 7 ）。そこで、我々は天然ゴム

３.２.２ 光硬化性モノマーとの複合化
東亞合成はアクリレート系の光硬化性モノマーを製品とし（NR）を用いてアロンフィブロ༰の補強効果を調べた。て多数有している。このモノマーとアロンフィブロ༰を複合 天然ゴムは水系ラテックスとして入手できる。この水系ラ化し、その補強効果を調べた。前節のNRは水系ラテックス

テックスにホモミキサーで解繊したアロンフィブロ༰水分散が使えるため、アロンフィブロ༰も水分散液を使って複合化液を加え、それを乾燥するという方法で添加を行った。得らが可能であった。しかし、光硬化性モノマーは言わば有機溶れた天然ゴム-CNF複合体の一軸伸長測定を行い、S-Sカー媒であり、同じ方法は使えない。そこで、アロンフィブロ༰

ブから補強効果を調べた。また、比較としてTEMPO酸化を適切な化学修飾によって疎水化し、それと光硬化性モノマCNFも同じように評価した（図７）。これよりアロンフィブーを混合するという方法を採った。これによって光硬化性モロ༰ とTEMPO酸化CNFでは、NRへの添加効果に大きな違ノマー中に疎水化したアロンフィブロ ༰を分散させ、UV照いがあることが分かる。応力を上げるという効果は共通して射を行って光硬化性樹脂-CNF複合体とした（単官能モノマいるが、特徴的なのは破断伸びの変化である。TEMPO酸化ーのみで未架橋である）。この複合体のS-Sカーブを図８にCNFでは、添加量が増えるにしたがって破断伸びは急速に示した。この結果から分かるように、１～３%という少量の小さくなっている。これに対して、アロンフィブロ༰を添加添加で応力は大きく上昇している。また、この系では破断伸したNRでは破断伸びはあまり小さくなっていない。これはびの低下もおきておらず、適切な疎水化処理を行うことで非NR中での分散性によるものであり、アロンフィブロ ༰ のほ水系の材料ともうまく複合化できることが確認できた。

うがNR中でよく分散しているためだと考えている。このような特性はゴム補強材として非常に優れている。


図８ アロンフィブロ®と光硬化性樹脂の複合化効果

４ まと め

アロンフィブロ༰の応用として４つの例を挙げた。これら

の結果から、アロンフィブロ༰の持つポテンシャルが想像できると思う。



これらの検討を行った際に痛感したのは「CNFの添加効



果は使い方によって大きく変わる」ということである。最終

的な組成が同じであっても、混合の順番などが違うと添加効

果が大きく違うという経験を多くした。このような使い方に関するノウハウの把握は、CNFの実用化のために必須であると考えている。アロンフィブロ༰の販売開始に向けて本検
図７ CNF と天然ゴム（NR）の複合化効果
上：アロンフィブロ®   下：TEMPO 酸化 CNF

討も継続し、ユーザーにノウハウを提供できるような情報の蓄積を進めていく。

＊共にカルボキシ基はナトリウム塩型

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引用文献
1) Isogai, A. J. Fiber Sci. Technol. 2020, 76, 3102) Saito, T.; Nishiyama, Y.; Putaux, J.-L.; Vignon, M.;
Isogai, A. Biomacromolecules. 2006, 7, 1687
3) Matsuki, S.; Kayano, H.; Takada, J.; Kono, H.; Fujisawa,S.; Saito, T.; Isogai, A. ACS Sustainable Chem. Eng.
2020, 8, 17800
4) 髙田じゆん、東亞合成研究年報. 2021, 24, 135) Cao, Q.; Rogers, J. T. Adv. Mater. 2009, 21, 296) 西尾元宏.“新版 有機化学のための分子間力入門”,講談社サイエンティフィク（2008）p.51
7) 長谷朝博.日本ゴム協会誌. 2017, 2, 30

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