九州工業大学

バイオプ ラス チッ ク
材料合複スマバイオ)
維繊ノナ、維(マイクロ繊料材
素炭

アップグレード環境

リ サイ ク ル

030201

九州工業大学

B io p la stic s
Low energysetisop
B io c o mnobra
Csla
ir
mate

Upgraded

Environment
recycling

03
0201

Recycling
Reuse
Reduce還元型酸化グラフェン(rGO)

木質バイオマス5. 減圧濾過

高性能水処理膜として応用

グラフェン膜4. 熱還元処理

1. オルガノソルブ法

炭素植物細胞

リグニン

3. 改良版
Hummers法
2. 鉄触媒を用いたグラファイト化

酸化グラフェン(GO)バイオマス由来
グラファイト

湿式粉砕

水熱処理

竹粉

凝集を防ぐために、水分散体として製造される。

セルロース

CNF問題: 乾燥過程で凝集する

セルロースナノファイバー（CNF)とは？
長所
・生体適合性・強い水素結合・資源循環材料
・鋼鉄の5倍の強度・透明性・鋼鉄の1/5の軽さ
・熱安定性
・世界で最も賦存量が多い・ガスバリア性・生分解性・高い比表面積材料利用が難しい

課題

短所
・強い水素結合・解繊コスト
・吸湿性
・耐熱性
・強い会合性・非熱可塑性

水と油と同じで樹脂と混ざらない凝集を抑える方法

ポリプロピレン/CNF

方法1:シリカ/セルロース界面相互作用

セルロース含有複合材の調製
マレイン酸基がセルロースと化学的にエステル結合
ハイブリッドフィラー

乾燥： Fine Particle
方法2: リン酸化

混ざり合う：CNF

エステル
結合形成

CNFの表面にリン酸基を導入し結合力を緩和

Cellulose/PP/MAPP

酢酸セルロース(CA)とポリ乳酸(PLA）のエステル交換反応を用いた熱可塑性樹脂の合成

結晶表面の修飾

エステル交換反応
触媒
リン酸化CNF

CNF混錬押出機内で溶媒を使わず反応

CA-g-PLA

表面改質セルロース及びその製造方法
Feeder 2

ピリジン

Feeder 1

乾燥粉体でCNFを扱える

Fatty acid chain

塩化トシル

l メカノケミカル法（化学反応＋機械的エネルギー）〇 少量の溶媒もしくはバルクでの反応

押出機の反応
吐出し口温調〇 温和な条件での反応

せん断・摩擦〇 容易にスケールアップできるl 溶液中での反応 ü 高置換度の熱可塑性セルロースの合成
R=

混練部温調 C1 → C6

炭素数6R=

炭素数8R=

C6

炭素数18

C12

押出成形の概略と原理

セルロース含有複合フィルム

C8側鎖構造による
C18: 機械的特性の制御
1

九州工業大学 生命体工学研究科/グリーンマテリアル研究センター
環境共生機能材料研究室(安藤研究室) yando@life.kyutech.ac.jp

A RESEARCH DISCIPLINESNDO LABORATORY’S
Reducedgrapheneoxide(rGO)

4. Thermal Reduction

Plant-based Biomass

Graphene film

Application:
High performance water
treatment membrane

5. Vacuumfiltration

1. Organosolv Method

Plant CellLignin

3. Improved
Hummer’sMethod
2. Iron-catalyzed
graphitization

Graphene oxide
powder (GO)Bio-graphite

Hydrothermal
Treatment

Pros・Strong OH bonds
CNF was prepared as
an aqueous
dispersion to prevent
agglomeration

Wet Grinding

・Non-toxic
・5 times stronger than steel ・Good Transparency
・Good thermal
・1/5 of steel weightstability・Abundance・Good gas barrier
・Biodegradable
・High specific surface area ・Recyclable

Cons・Strong OH bonds
・High water absorption
・Limited thermoplasticity
・Limited processability
・High fibrillation cost・Low heat resistance

PROBLEM
Bamboo powder

CNF agglomerated duringdrying process

CNF

Cellulose

PROBLEM

WeakDispersion

Difficult tomix with resin

Methods To Prevent CNF Agglomeration

PP-CNF

Method 1: Introduction of silica particles with CNF

Methods To Prepare Cellulose-containing Composite
Method 1: Introduction of maleic anhydride in cellulose and PP

DryHybrid Filler： Fine Particle

Mixing： CNF

Ester bondformation

Method 2: Phosphorylation
Phosphate groups introduced on the CNF
surface weaken the hydrogen bonds

Cellulose-PP-MAPP

Method 2: Preparation of thermoplastic plastic via transesterificationof cellulose acetate (CA) and polylactic acid (PLA)
Transesterification reaction

Modification
ofcrystal surface

Catalyst

Phosphorylated CNF

CNF

Extrusion
CA-g-PLA

Surface Modification of Cellulose and Synthesis Process
Feeder 2

Pyridine

Raw material
Input

CNF can beused as dry
powderFeeder 1l Mechanochemical Esterification

Extrusion Process
Outlet oftemperature
control

Mixing & Melting

Reaction

Cooling
Cutting

Principle & Outline of Extrusion
Process〇 Little amount of solvent needed
Pellets

ExtruderCellulose-containing
composite film

Fatty acid chain

TsCl〇 Mild conditions

Shear Force〇 Simple Processl Chemical Esterification
R=C6

R=

C8C6
R=

C18

C12C8Side chains affectmechanical properties

C18:
1

Graduate School of Life Science and Systems Engineering,
Kyushu Institute of Technology (Kyutech), Wakamatsu Campus
Ando Laboratory (yando@life.kyutech.ac.jp)