Silviase/jgov_v1.4_full_ann huggingface dataset:
公共調達の適正化について(平成18年8月25日付財計第2017号)に基づく随意契約に係る情報の公表(物品役務等)

No	物品役務等の名称及び数量	契約担当官等の氏名並びにその所属する部局の名称及び所在地	契約を締結した日	契約の相手方の商号又は名称及び住所	随意契約によることとした会計法令の根拠条文及び理由(企画競争又は公募)	予定価格	契約金額(円,税込み)	落札率	再就職の役員の数	備考
4	NHK放送受信	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 滝明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H22.4.1	日本放送協会東京都渋谷区神南2-2-1	本契約は,放送法第32条の規定により同協会との契約が義務付けられていることから,会計法第29条の3第4項に該当するため	1,064,805	1,064,805	100.0%	-
5	情報サービス「時事ゼネラルニュースウェブ」及び複写利用許諾料	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 滝明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H22.4.1	(株)時事通信社東京都中央区銀座5-15-8	当該情報サービスの提供者であり,他に同サービスの提供者が存在しないことから,会計法第29条の3第4項に該当するため	2,362,500	2,362,500	100.0%	-
6	公共工事入札提供情報サービス「入札ネット+α」	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 滝明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H22.4.1	建設データ(株)東京都台東区池之端1-4-28	当該情報サービスの提供者であり,他に同サービスの提供者が存在しないことから,会計法第29条の3第4項に該当するため	1,008,000	1,008,000	100.0%	-
7	LAN用パーソナルコンピュータ331式の質貨借	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 滝明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H22.4.1	東京センチュリーリース(株)東京都港区浜松町2-4-1	平成18年度から4年間使用することを前提に平成18年5月に入札を実施し,同社が落札したものであり,1年間のみ使用することを前提に入札を行う場合と比較して安価であり,会計法第29条の3第4項に該当するため	2,368,674	2,368,674	100.0%	-
8	統合型法律情報サービス「判例秘書.JP」サービスの利用	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 滝明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H22.4.1	(株)エル・アイ・シー東京都港区南青山2-6-18	当該情報サービスの提供者であり,他に同サービスの提供者が存在しないことから,会計法第29条の3第4項に該当するため	1,058,400	1,058,400	100.0%	-
9	富士ゼロックス社製の複合機11台の保守	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 滝明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H22.4.1	富士ゼロックス(株)東京都港区六本木3-1-1	同社製の複合機の保守を行うことができる業者は同社しかいないことから,会計法第29条の3第4項に該当するため	-	予定調達総額9,615,000	-	-	単価契約
10	電子証拠収集用電子機器類の保守	支出負担行為担当官公正取引委員会事務総局官房総務課会計室長 滝明良東京都千代田区霞が関1-1-1	H22.4.1	(株)フォーカスシステムズ東京都品川区東五反田2-7-8	当該保守サービスの提供者であり,他に同サービスの提供者が存在しないことから,会計法第29条の3第4項に該当するため	1,035,300	1,035,300	100.0%	-
平成25年度

# 環境研究総合推進費補助金 次世代事業 総合技術開発報告書

# 未利用バイオマス由来ナノファイバーと FRP 廃材を 利用した複合材及びスモールバッチ生産システムの

開発に関する実証試験

3J113007

平成26年3月

トクラス株式会社 牧瀬 理恵
補助事業名 環境研究総合推進費補助金次世代事業（平成23年度～平成25年度）

所管 ___ 環境省

総事業費 110,000,000円（平成23年度～平成25年度の総計）

国庫補助金 52,294,000円（平成23年度～平成25年度の総計）

研究課題名 未利用バイオマス由来ナノファイバーと FRP 廃材を利用した複合材

及びスモールバッチ生産システムの開発に関する実証試験（3J113007）

研究事業期間 平成23年6月1日～平成26年3月31日

研究代表者名 牧瀬 理恵（トクラス株式会社）

研究分担者氏名 伊藤 弘和（トクラス株式会社）
## 目次

総合技術開発報告書概要 …… 1

本文

1．事業の目的 …… 7
1.1 本事業に至った背景 …… 7
1.2 事業成果の目標 …… 9
1.3 本事業開発のポイント …… 10

2．開発した技術の詳細 …… 12
2.1 未利用バイオマス等廃棄物系バイオマスからのCNF合成 …… 12
2.2 廃FRPとセルロースナノファイバー(CNF)のアロイによる機能化 …… 17
2.3 機能化セルロースナノファイバー(CNF)高充填複合化技術 …… 23
2.4 スモールバッチシステムの構築 …… 27

3．実証施設の設置場所等 …… 34

4．開発した技術がもたらす効果 …… 35

5．まとめ …… 36

6．事業概要図 …… 37

7．英文概要 …… 38
研究課題名：未利用バイオマス由来ナノファイバーと FRP 廃材を利用した複合材

及びスモールバッチ生産システムの開発に関する実証試験

研究番号 : 3 J 1 1 3 0 0 7

総事業費：110,000,000円（平成23年度～平成25年度の総計）

国庫補助金：52,294,000円（平成23年度～平成25年度の総計）

研究期間：平成23年6月1日～平成26年3月31日

研究代表者名：牧瀬理恵（トクラス株式会社）

研究分担者：伊藤弘和（トクラス株式会社）

## 事業の目的

本事業開発においては、「密度＝1.5 g/cm³以下(金属やセラミックより軽量)、熱膨張係数＝2.5×10^{-5}/K以下（金属同レベル）、24時間吸水率＝2%以下（木材より高耐久）」を実現する性能目標と「市場競争力のある複合材（350円/kg以下）を50t/月レベルで事業収益性（粗利15%以上確保）を確保し、原料（未利用バイオマス（主として木質系バイオマス） $ ^{※1} $ +廃FRP）から複合材まで一貫した生産システムで実証」する事業目標の2点となる。本事業開発成果は、コストメリットだけではなく、従来製品（素材）の機能向上（耐久面、軽量面、耐久面）の視点、さらには容易に加工ができる（成形加工、切削加工）という視点から、サッシやエクステリアなど住宅系の部材（木材、アルミ）、自動車の金属部品（鋼板加工品）、家電、機械部品（金属、セラミック）などに代わる部材として広く利用されることにあり、その市場は100万t/年（3000億円/年）を大きく超える。一方、少量でも事業性のあるスモールバッチシステム提案であることから、原料となる未利用バイオマス発生個所あるいは廃FRPの集積場等で新たな環境ビジネスとして導入できる。市場規模から類推して、最終的な処理量は未利用バイオマスで60万t/年、廃FRPとして20万t/年が見込まれる。
## 開発した技術の詳細

## ◆未利用バイオマス等廃棄物系バイオマスからの(CNF)合成

性状の異なる種々の廃棄物系バイオマスから高いアスペクト比 $ ^{※2} $ 効果を有する CNF を合成するために、高いせん断を与え粉砕する装置を導入し、廃棄物系バイオマスから CNF が合成できることを検討した。また、同装置と同じ機能を有する大型設備を利用し、目標とする生産能力を実現した。この成果により、目標性能を確保することにつながり、さらに、事業目標におけるコスト目標を達成することに貢献した。

## <ラボスケールによる CNF の合成>

セルロース繊維同士が水素結合で結合している点※3 に注目し、高含水状態（水素結合を膨潤させてほぐし易くする）での遊星ボール粉砕を検討した。遊星ボールミルにおいては、回転数が高いほど早く微粉化され、同様に粉砕時間が長いほど微粉化された。しかしながら、回転数が増加する程、平均粒径（頻度）のピークは変わらないが、微粒分も確認された。これは、高含水状態での粉砕でも、高いせん断を与えすぎるとセルロース繊維が断裂することを意味している。一方、アスペクト比においては、250rpm のCNFは、細くて短いセルロースが多く認められる（細かくて短いCNFの凝集体）。また、150rpm においては、細くて長いCNFが多く存在していることが確認された（図A）。CNF形成しているかどうかの評価として、電子顕微鏡観察（SEM法）以外に沈降速度法※4とチキソトロピーインデックス法※5を実施した結果、SEM法と合致した。ここで、本事業においてもう一つ重要な成果として、沈降法とチキソトロピーインデックスにおいてアスペクト比が評価できたという点である。SEM法による評価は、設備が高額である点に加え、評価に手間がかかるため、品質管理作業の員数負荷も高くなり、結果、経済性においてはマイナスとなる。ここで実施した沈降速度法及びチキソトロピーインデックス法に利用する装置は、総額でも100万円以上は必要とせず、加えて、品質管理に要する作業員数の負荷も少ない。これらの効果等は、「スモールバッチシステムの構築」のところで具体的に示すが、ここでの研究成果は、性能目標達成だけではなく、事業目標達成にも大きく貢献できるテーマであった点を特記する。
<遊星ボールミル回転数150rpm>

<遊星ボールミル回転数250rpm>

図 A 各回転数における CNF の SEM 画像

## く量産ベースでの実証>

ラボの粉砕（せん断）条件の結果をもとに、量産設備での評価を実施した。量産でのCNF化はディスク型のミル（増幸産業社製；マスコロイダー）を用いた。ディスク型ミルもボールミル同様、せん断が高いと（回転数が高くなる）、微粉分の増加がみられ、アスペクト比の低下が生じた。ここで得られた結果をもとに、種々の廃棄物系バイオマスでCNF化を実施し、全てにおいてCNF化と目標とする生産性を確保した（図B）。

図 B ディスク型ミルで合成した各種廃棄物系バイオマス CNF の生産性

## ◆廃 FRP と CNF のアロイによる高機能化

本技術課題は、CNF 表面に廃 FRP 粉末をアロイ $ ^{※6} $ する表面処理技術を構築することである。ここでのポイントは、親水性 CNF を疎水性のプラスチックと相容させるため、CNF 表面を親水性の低いケイ酸カルシウムで表面被覆する技術であり、ケイ酸カルシウムは、廃 FRP 粉末中のガラス繊維成分（ケイ酸カルシウム）を基に、炭酸酸化剤での炭酸酸化剤で、炭酸酸化剤での炭酸酸化剤で、炭酸酸化剤での炭酸酸化剤で、炭酸酸化剤での炭酸酸化剤で、炭酸酸化剤での

※6 化学的あるいは物理的に異種の素材を融合させる技術。本事業では、粉砕エネルギーを利用し、CNF 表面に物理的に融合（CNF 表面に廃 FRP 粉末を埋め込む）させる処理を実施した（メカニカルアロイと表記）。
酸成分)を利用し、CNF表面をケイ酸カルシウムで表面被覆されやすいように、予めCNF表面に廃FRP粉末を固着させることである。廃棄物系バイオマスを高せん断で粉砕する際、廃FRP粉末を同時添加することで（ここでは、この処理のことをメカニカルアロイと言う）、粉砕エネルギーにより、CNF表面に多くの廃FRP粉末が固着した。この廃FRP粉末が固着したCNFを水熱合成することで、CNF表面にケイ酸カルシウムが形成され、プラスチックと相容性のあるCNFが合成された。同時に、硬度のある廃FRP粉末が添加されることで、アスペクト比の高いCNFが合成できる点も確認された。この表面処理効果により、複合化するプラスチックへの相容性が改善され、目標性能が達成された。さらに、メカニカルアロイ効果により表面処理時間が短縮された点、従来乾燥性に課題のあったCNFが容易に乾燥できた点等新たな成果を見出し、事業目標におけるコスト目標達成にも大きく貢献した。

## く廃 FRP 粉末アロイ技術の構築>

廃 FRP 粉末と廃棄物系バイオマスを同時に添加し CNF 化すると CNF 表面に廃 FRP 粉末が多くアロイされることが確認された（メカニカルアロイ効果）。CNF 粉砕時に廃 FRP 粉末を同時に添加することで、高アスペクト比化と粉砕性の向上の向上が認められた（図 C）。特に粉砕性に関しては、多くの廃棄物系バイオマスにおいて、大幅に向上した。

廃棄物系バイオマス	間伐材	ボード廃材	ケナフ	稲わら	紙
目標とする粒径	約25μm	約25μm	約25μm	50～60μm	50～60μm
生産能力	FRP無添加	100kg/hr	80kg/hr	92kg/hr	44kg/hr	55kg/hr
FRP添加	783kg/hr	857kg/hr	729kg/hr	735kg/hr	101kg/hr

図 C 廃 FRP 粉末添加による粉砕性の改善

## <水熱処理による廃 FRP 粉末アロイ CNF の合成>

この廃 FRP 粉末がアロイされた CNF を水熱処理することで、CNF 表面にケイ酸カルシウムが被覆するように形成される（以下、ケイ酸カルシウム処理 CNF と称す）ことが確認された（図 D）。また、メカニカルアロイ無しに比べ、メカニカルアロイ処理をすることで、ケイ酸カルシウムの結晶性が促進される効果も認められた。これらのメカニカルアロイ及び水熱条件をもとに、各種廃棄物系バイオマスにて量産ベースでも対応できることを確認した。さらに、ケイ酸カルシウムで CNF 表面を被覆することで、処理をすることで、従来通常乾燥ができなかった CNF が容易に通常乾燥できることが確認され、この成果は、次項のコンパウンド量産化においてもメリットが見出された。
図 D 水熱合成により合成されるケイ酸カルシウム処理 CNF

## ◆機能化 CNF 高充填複合化技術開発

上記のように確立されたケイ酸カルシウム表面処理 CNF を様々な製品に展開すべく、プラスチックとの複合化評価において、高速回転でプラスチックと混練する（以下、高せん断と略称する）ミキサを用いたコンパウンド方法を見出し、含水状態の CNF を乾燥なしに直接プラスチックと均一分散する複合化する技術を見出した。均一分散が実現したことにより、各種複合材の目標性能を達成した。加えて、この乾燥レスのコンパウンド化手法を汎用の設備を利用して量産化できたことにより、事業目標の達成にも貢献した。

## <高充填コンパウンド技術の検討>

高いせん断を与えケイ酸カルシウム処理 CNF とプラスチックを溶融混合 (コンパウンド) することで、凝集の無い高分散のコンパウンド化とケイ酸カルシウム処理 CNF の高充填化が実現した (図 E)。一方、メカニカルアロイによる効果は、相容性にも発現し、さらに高機能化に貢献している。

## <高充填コンパウンドの成形体性能評価>

前述したコンパウンドにて各種性能評価を実施し、機械的特性において、ケイ酸カルシウム処理の効果とCNF上に形成したケイ酸カルシウムの高結晶化による機能化が確認された。また、目標性能に関しては、機械的特性同様、ケイ酸カルシウム表面処理効果により、すべて達成している（図Fには、密度と熱膨張を示すが、吸水性はほぼ0％に近いので図中への表記は省略する）。
図Ｅ せん断力の違いによる分散性の比較

図 F ケイ酸カルシウム表面処理 CNF による効果（密度、熱膨張）

## ◆ スモールバッチシステムの構築

廃 FRP 粉末添加による粉砕効率の改善、ケイ酸カルシウム処理 CNF の乾燥性改善と言う素材系の成果とこの機能化処理を汎用の設備で実証した生産系の成果により、事業目標における原価目標を達成した。また、CNF の品質確認等において、簡易な測定手法を確立し、さらに高充填のマスターバッチ化実現による在庫リスクの削減等により、事業損益改善となり、事業粗利目標を達成した。さらに、ユーザーワーク、事業初期の外注生産等の検証を行い、事業終了後、迅速に市場導入できる体制を構築した。<目標原価を達成する生産システムの構築>

汎用の設備にて廃棄物系バイオマス、廃 FRP より高機能複合材（マスターバッチ）を生産する工程を確立した。表 A に汎用設備を用いたマスターバッチの原価計算表を示す。同設備による生産性及び設備投資の生産能力、生産人員、設備仕様等を検証し、原価目標より、100 円/kg 以上安価な生産システムが構築された（表 A）。

## く事業性の検討>

品質管理から営業及び開発経費までの事業経費を算出し（表 B）、事業評価を実施した。マスターバッチ化による営業リスクの回避、簡易評価手法確立による品質管理費用の削減等の成果により、事業粗利目標を超える成果を得た。
表 A 原価計算表

内容	単価	備考
変動費	原材料	未利用バイオマス(間伐材)	14 円/kg	70円/kg×20%
FRP廃材	20 円/kg	100円/kg×20%
マスターバッチ樹脂	120 円/kg	200円/kg×60%
電力費	15 円/kg	当社コンパウンド事業実績より
副資材等	3 円/kg	当社コンパウンド事業実績より
計	172 円/kg
固定費	設備償却費	40 円/kg	投資総額115百万円、投資回収係数0.21
人件費	33 円/kg	4名、5,000千円/人
計	73 円/kg
原価合計	245 円/kg

表 B 事業計算表

內容	單価	備考
製品原価	245 円/kg
管理費	品質評価設備償却	4 円/kg	11,200 千円、投資回収係数0.21
一般管理費	12 円/kg	製品原価×5%
営業費用	人件費	8 円/kg	1名、5,000 千円/人
営業経費	2 円/kg	製造原価×1%
開発費用	開発費	12 円/kg	製品原価×5%
人件費	8 円/kg	1名、5,000 千円/人
事業原価	291 円/kg
売価	350 円/kg
粗利	59 円/kg
粗利率	17%

## 開発した技術がもたらす効果

小規模でも事業性あるモデルのため、1号機は600t/年のプラントがスタートであるが、アウトプットの市場性があり、1号機で量産品質性検証ができれば随時拡大し100万t/年の事業（5年程度；プラントは実用機が地域分散）に拡大する見込みである。成果物における競合の多くは輸入品であるため、新たな国内産業として3000億円以上（@300円/kg×100万t）の経済効果が見込め、5000名以上50t/月×12か=600t/年、100万t/年÷600t/年=約1700プラント、3名/プラント×1700プラン=5100名）の雇用効果もある。展開先により若干のプレはあるが、概ね未利用バイオマス60万t/年、廃FRP20万t/年の削減効果が見込まれる。成果物の展開に関しては、代替市場であるため、既存のプラスチック製品ルートが利用でき、このルートは木質系バイオマスをプラスチックフィラーとして実用化しているウッドプラスチックでも実証しているためほぼ確立していると言える。市場参入に当たり機能面では、軽量化や低価格化等のメリット、政策面でもグリーン購入、国産バイオマス素材の利用等の追い風があることは大きいが、集積地による品質格差、新規素材であるが故の長期実績等使い手側から見ると不安な面もあ
り、官学が中心となった基礎分野のサポートが不可欠となる。一方、成果物は世界的共通ニーズであり、我が国の新たな環境輸出製品あるいは環境援助技術として国際貢献ができる。

## 環境政策への貢献

## ◆「素材技術」について

## <各未利用バイオマス CNF 特有の効果>

本技術開発成果物の用途は、金属、セラミック、木材、プラスチックの様々な分野へ展開することを想定している。これらの最終用途は、建築材料、自動車、家電、機械等多岐にわたっており、基本的な要求性能は本目標値であるが、実用に対しては、さらに細かい性能要求が追加される。

一方、今回 CNF を同一条件で製造した場合、各種未利用バイオマス特有の性能を見出すことができた（例えば、紙由来の CNF は機械部品用途、稲から由来の CNF は家電用途等々）。具体的な用途とのマッチングは、25 年度ユーザーヒヤリング等を実施して検討を進める。

このような背景の中、未利用バイオマス発生地域にそれに該当する用途の産業（企業）があれば、地産地消の構図が提案できる事例も期待できる。

## ＜廃 FRP の新規用途＞

CNF は近年プラスチックフィラー等様々な分野で世界的に注目を集めている。この用途で最大の課題がコストで、このコスト問題の要因は、乾燥が容易でない点である。本技術開発成果により、廃 FRP をアロイすることで、簡易に乾燥が実現できている点は、この課題改善になっている。

現在、この効果が、FRP 中のガラス繊維（シリカ成分）に由来するものなのか、FRP に存在する樹脂成分が相乗効果を発現しているかは、さらに詳細な解析が必要であるが、FRP ゆえにこの効果が発現されるとなれば、廃 FRP は CNF 技術にとって必要な添加剤となり、付加価値型の素材製品として提案できる。

現時点では、ほぼ100μmの廃FRP粉末が、ディスクミルで細かくなっており、これは、汎用のシリカでは固すぎて、困難なため、生産性面でのアドバンテージは持っていることは、本成果から実証している。

## ◆「事業開発」について

## <少量の廃棄物で事業が実現>

第一次でのフィージビリスタディでは、50t/月生産で、粗利15%以上の確保が見込めている。このモデルで使用する未利用バイオマス量は、10t/月程度であるため、未利用バイオマスの大規模収集は不要である。したがって、自治体や工場レベルでの事業化が可能となり、25年度検討するアウトプットの波及性次第（適合する用途があれば）では、実用化移行が速い。また、使い手側も高機能素材であり、秘密保持の観点から、小規模生産事業であれば、完全なタイアップ（1つのユーザーだけの商品を作ること）も可能である。

## <新規事業として着手しやすい事業>

本事業成果により汎用設備で設備種類も少ないので、生産での管理が容易となっている（汎用の設備のため、設備メーカーにとっても実用事例が多くケアしやすい）。さらに、敷地の問題はあるが、小型設備を大量に使用する手法で事業採算が確保できていることから、立ち上げ時の投資リスクも少ない（事業初期は少量の設備でスタートし、売上拡大とともに段階的に設備増強できる）。生産管理、設備管理及
び初期の事業投資負荷の軽減は、新規事業立ち上げにとって大きな課題となっており、本事業成果はこの課題をクリアしている。

## 開発した技術の事業化の可能性

本事業成果のポイントは、小規模生産でも採算性が確保できる「スモールバッチシステム」を確立した点である。そこで、この効果を最大限に活かした事業展開を検討している。本事業で開発した「ケイ酸カルシウム処理 CNF」は、市場では新規素材であり、評価から導入にはタイムラグがある。そこで、まずユーザーにおける評価段階でのサンプルワークに関しては、研究者らの機関で有している設備を利用して生産する。即ち、事業初期の投資等のリスクはない。次に第一段階においては、生産数量10t/月までは、関連設備を有している外注で生産し対応する。外注生産においては、利益率は下がるものの、事業性効果により赤字供給の可能性はない。この第一段階でのユーザー供給が安定したら、廃棄物発生個所（第一工場は、研究者らが管理しやすい静岡周辺での生産を予定している）において、25t/月レベルの設備投資（約6百万円）で事業開始する。ここで段階投資が可能である効果も、本事業開発で得られた成果によるものである。ここで、市場拡大に併せ、第一工場を随時拡大し、50t/月（あるいは供給できる最大量）まで最大の規模での供給体制を構築する。続いてさらに市場が拡大したら、第一工場のモデルに併せ、拠点拡大を図る。

一方、ターゲットとするユーザーであるが、フロントユーザーが樹脂加工メーカーである点を鑑み、初期はプラスチック代替用途で展開する。実際には、自動車や家電等のユーザーニーズと本事業成果物の性能が合致するプラスチック部材代替が初期ターゲットとなる。プラスチック部材代替で導入し、市場側がこのような素材に慣れてくれば、随時セラミックや金属等プラスチック部材以外の分野へ進出する。時期的には、事業終了後、5年程度までは、プラスチック用途中心で、5年目以降徐々にプラスチック以外の部品にも展開を見込んでいる。この時間差は、ユーザーでの評価期間の違いと考えても良い。以上まとめると、本事業終了後、1年間は、サンプルワークも含め外注生産体制でプラスチック市場に対し供給する。2年目より、廃棄物発生個所に第一工場設立し、3年目に第一工場本格生産、4年目より、新規拠点追加を行う。自動車や家電等へビーコーザーが立ち上げれば、拡大は加速度的になることが見込まれ、遅くとも5〜7年目においては、100万t/年事業となる見込みである。
### 1. 事業の目的

### 1.1 本事業に至った背景

#### 1.1.1 廃棄物の観点から

ガラス繊維等繊維系素材とプラスチックの複合材料である繊維強化プラスチック FRP は、機械的特性や耐久性等高い機能を有しており、自動車等の輸送機器、家電部品等の機械部品、バスタブ等の建築材料等々、様々な分野に活用されている。これらの FRP 素材のほとんどは、プラスチックに熱硬化性樹脂を利用しており、ポリエチレンやポリプロピレンに代表される熱可塑性樹脂のように直接元の原料に還元するマテリアルリサイクルは困難な材料である。しかしながら、FRP からガラス成分を取り出す技術、熱硬化性樹脂を炭化水素素材に分解回収する技術あるいは、樹脂成分と無機成分を双方活用するセメントへの原燃利用等様々な取り組みが進められている。ところが、これら有効利用用途の実現には、大量に収集できることが必要とされており、浄化槽や舟艇のような大型の廃棄物や自動車、家電等一部回収システムが確立している分野に限定される。一方、1980 年代より、バスタブを中心に住宅設備にも FRP が広く利用されており、近年の住宅リフォーム需要を背景に、住宅に利用されていた FRP が廃材として大量に発生し始めている。着工時期とリフォーム時期は住宅により異なるので、廃棄量の統計値はないが、現在リフォームターゲットとなっている築 15 年以上の住宅から類推すると、潜在的に 200 万 t 以上の住宅系廃 FRP が存在する。しかしながら、住宅系の廃 FRP は、地域に分散して賦存しており、大量収集が困難であることから、前述した既存の FRP 有効利用技術が活用できず、かつ無機素材を大量に含んでいるため、汎用プラスチックのようなサーマル利用にも課題が多い（灰分の問題）。

未利用バイオマス等廃棄物系バイオマス（本事業で対象としている未利用バイオマス等廃棄物系バイオマスとは、主として、廃紙や廃木材、間伐材も含む林地残材、剪定枝など木質（セルロース）バイオマス系廃棄物である；以降、廃棄物系バイオマスと称す）は、主成分がセルロースであり、紙産業をはじめ様々な産業分野から排出される。また素材のほとんどが有機物でありことから近年は燃料としても注目されている。しかしながら、大量に収集できる廃棄物系バイオマスは、製紙業界やエネルギー業界等で利用できるが、少量の場合、収集費用等の観点から、付加価値型の利用が必要となる。したがって、剪定枝、刈草、木材加工端材、古新聞等、稲わら等の農業系廃棄物等地域に分散賦存している廃棄物系バイオマスも多く、大量収集型の有効利用法は活用できない。さらに廃棄物系バイオマスの中には水分を多く含んでいるものもあり、サーマルリサイクルが困難である。

これら、廃 FRP 及び廃棄物系バイオマスの一部では、「地域に賦存している」、「含有成分の影響によりサーマルリサイクルができない」の共通した課題を持っており、少量利用でかつ付加価値の高い有効利用法が求められている。

#### 1.1.2 素材産業の観点から

国民生活が豊かになり、自動車をはじめ家電、住宅設備等において、より高機能が求められる時代になった。機能や性能の向上には製品だけではなく、素材側へも様々な要求が求められている。このようなニーズは、分別の簡易化等の観点からの素材の同一化、省エネルギーや使い勝手の観点からの軽量化、形状や色柄等のデザイン性の向上、資源保護の観点からの素材の非石油化、素材の低コスト化等に見られるように今までの素材では対応できなくなっている。素材産業においても植物系プラスチックやナノテクノロジーの導入等、新しい材料や技術分野において様々な取り組みがなされているが、これら新たなニーズに対応できる素材技術はない。このような中、木質系素材を新たにプラスチックフィラーとし
て利用する技術が注目されてきた $ ^{※1} $ 。このような素材は、軽量化が可能であり、木質系素材であることから石油系資源削減にも貢献できる。しかしながら、ガラス繊維やタルク（粉末滑石）、炭酸カルシウム等異種の素材を添加するフィラー充填プラスチックの分野においては、素材の統一が実現できるものの金属、セラミックや木材等のプラスチック製品以外の素材への置き換えは課題がある。この課題を解決する素材としてCNFが注目されているが、素材のコストやプラスチックに添加するための処理（乾燥や表面処理等）に課題 $ ^{※2} $ があり、実用化には至っていない。すなわち、CNF製造コストとプラスチック添加へ適した処理が確立すれば、廃棄物系バイオマスの有効利用は促進できる。

#### 1.1.3 事業目的

私たちは環境研究総合推進事業等を利用した研究 $ ^{※3} $ をとおして、廃棄物系バイオマスから素材産業を革新するCNFの合成技術及び廃FRPを利用し、CNFを様々な製品に利用できる変換技術を開発した。しかしながら、本技術を実用化するためには、原材料である廃FRPや廃棄物系バイオマスが安定的に調達でき、かつコストや品質が市場に適合できる仕組みづくりが必要となってくる。

そこで、本事業では、新たな市場ニーズに適合する CNF を廃棄物系バイオマスから合成し、廃 FRP を用いプラスチック等複合材へ容易に変換できる新規素材の技術を開発することを目的とした。また、この新規素材製造事業が、小規模（対象廃棄物が発生する小さな地域）生産でも採算性が確保できるビジネスモデルの構築することを目的とした。

### 1.2 事業目標の設定

本事業の実現のためには、新規素材として提案できる性能目標と、この新規素材を市場に導入できるモデルを構築する事業目標がある。

#### 1.2.1 性能目標の設定とその狙い

事業では新規素材をプラスチック代替用途だけでなく、金属、セラミックスあるいは木材等代替用途への展開を目指している。したがって、これら素材用途にも適合できる性能目標を設定した。

◆密度=1.5 g/cm $ ^{3} $ 以下、熱膨張係数=2.5×10 $ ^{-5} $ /K以下、24時間吸水率=2%以下

・金属やセラミック素材より軽量で、金属と同レベルの熱膨張安定性

・吸水性のあるバイオマス素材が原料のため、耐水性の確保（ナイロン樹脂と同等の吸水率）

本事業がターゲットとしているセラミックや金属は、切削等の後加工や複雑な形状への加工は困難である（手間をかければできるが）。本事業成果が目標とする用途は、自動車等輸送車両に利用されているプラスチック製品や複合金属部品の代替、家電や事務機器の歯車等可動部分に利用されているセラミックや金属部品の代替及び住宅資材であるアルミサッシャ木製サッシの代替等である。新規素材の導入は、機能性や利便性の向上だけではなく、軽量化による省エネルギー性、省資源性等の環境負荷軽減にも寄与する。
#### 1.2.2 事業目標の設定とその狙い

本事業では、前述した新規素材を使い勝手の良い複合材（コンパウンド）化までを行う事業モデルにおいて、廃棄物が発生する地域で、小規模でも市場価格に対応できる採算性と経済性を確保できる仕組みづくりを構築することが目標となる。即ち、

◆市場競争力のある複合材(350円/kg以下)を50t/月の事業規模で事業収益性(粗利15%以上確保)

を確保し、原料（未利用バイオマス＋廃 FRP）から複合材まで一貫した生産システムを実証

・ガラス繊維強化プラスチックレベルの原価設定

・地域規模で発生する廃棄物量を想定した事業規模の設定

複合材の製造コスト（350円/kg以下）は、ガラス繊維強化プラスチックを意識している。但し、単純に同一部材と同じものを作った場合のコスト競争ではなく、製品の大型化や従来素材では対応できなかった複雑形状の実現等の効果も期待できる。さらに、本事業のフロントユーザー（最初に取扱産業）は、プラスチック成形メーカーであり、汎用のガラス繊維強化プラスチックと同じ価格に設定することで、想定している用途以外にも拡大（例えば、ガラス繊維では、ガラス繊維より製品サイズの小さい微小部品は強度補強できない場合があり、ガラス繊維により流動性が低下するため、強度補強が必要でも製品サイズが大きい場合、成形できない等、単に代替以外の効果も見込める）も期待している。一方、事業規模については、廃棄物の発生量から設定されているだけではなく、事業リスクへの対応も含んでいる。即ち、市場規模としては、大きなマーケットを想定しているが、新規素材であり、ユーザーによる製品評価期間が必要なため、事業立ち上がりには時間を要する。大規模事業では、少量生産時の事業初期赤字が大きくなる。したがって、市場拡大に合わせ小規模事業を随時拡大することで、事業初期のリスクを軽減できるメリットもある。

#### 1.2.3 廃 FRP 及び廃棄物系バイオマス利用の効果の必然性

本事業においては、原材料として廃 FRP や廃棄物系バイオマスを設定した理由は、コストや環境貢献もあるが、以下に示すように、両廃棄物の組成や性状から本事業課題解決の一助にもなる。

廃 FRP は、不飽和ポリエステル等の樹脂成分とガラス繊維等のシリカ成分の双方が含有された素材である。シリカ成分は硬度が高いため、廃棄物系バイオマスから CNF を合成する際の粉砕促進剤的役割を担っている効果もあるが、シリカとセルロースの相容性がある $ ^{*4} $ ため、CNF 表面に容易に廃 FRP がアロイされる効果もある。さらに、ガラス繊維は非晶質のシリカのため、廃 FRP アロイ CNF 表面に形成させるケイ酸カルシウム水和物の反応性が高いこと $ ^{*5} $ も挙げられる。さらに、樹脂成分も共存しているので、プラスチックと複合化した際、この樹脂成分から推測すると、プラスチックとの相容性を強化させる働きも期待できる $ ^{*3} $ 。このような特性を持つ素材を新たに合成するには費用がかかり、現実的な機能化手法ではない。
一方、バイオマス素材を CNF 化する場合、高含水状態で長時間粉砕しなければならない。これは、含水しなければ、セルロース繊維が解繊されないためと、強固なセルロース繊維同士の結合を破壊しなければならないためである。剪定枝、草本系廃棄物、間伐材等の廃棄物系バイオマスは、水分を持っており、CNF 化における湿潤粉砕の時間を短縮できる。逆に、木質ボードや紙などの乾燥している廃棄物系バイオマスでは、製造工程において、粉砕や解繊等セルロース繊維自体ダメージを受けており、粉砕しやすくなっている場合もある。

以上のように、親和性の非常に強い廃 FRP・CNF アロイ形成に互いにプラスの効果を持つ循環資材である。

尚、本事業で対象としている「未利用バイオマス等廃棄物系バイオマス、廃棄物系バイオマス」とは、主として、廃紙や廃木材、間伐材も含む林地残材、剪定枝など木質（セルロース）バイオマス系廃棄物である。

### 1.3 本事業開発のポイント

本事業のポイントは、廃 FRP と廃棄物系バイオマスから高機能 CNF 複合材を製造する技術の開発と、新規素材を廃棄物が発生する小規模地域で生産するビジネスモデルを、少量でも採算性が見込める手法で確立する事業開発である。以下にその概略を図 1.1、1.2 に示す。

図 1.1 廃 FRP と廃棄物系バイオマスから高機能 CNF 複合材を製造するプロセスフロー
図1.2 廃棄物発生地域における段階的生産ビジネスモデル（少量でも採算性が見込める手法）の確立

### 2. 開発した技術の詳細

2.1 未利用バイオマス等廃棄物系バイオマスからのセルロースナノファイバー）CNF合成

#### 2.1.1 概要

各種性状の異なる廃棄物系バイオマスから高いアスペクト比効果を有するセルロースナノファイバー（以下、CNFと略記する）を合成するために、各種粉砕せん断条件を検証するとともに、このCNFを量産できる手法を見出した。この成果により、目標性能を確保につながり、さらに、事業目標におけるコスト目標達成に貢献した。

尚、図2-1には、木繊維からCNF最小単位までの模式図を示すが、本報告書では、CNFを「繊維径100nm前後、繊維長サブμm～数μm程度のもの」と定義した。

図 2-1 木繊維から CNF 最小単位までの模式図

#### 2.1.2 ラボスケールにおける粉砕条件の検討

ここでは、廃棄物系バイオマスの中で、CNF化が最も困難な木材由来のバイオマスにてラボスケールで条件検討した。木材由来のバイオマスは、セルロース繊維が集中する細胞2次壁から、効率的にアス
ペクト比効果のある CNF を抽出する（図-2.1）粉砕条件の確立がポイントとなる。

セルロース繊維（木質繊維）を効率的に解す（解繊）ためには、高いせん断力を与えなければならない。しかしながら、高いせん断を与えた場合、セルロース繊維も解れるが、繊維自体も断裂し、アスペクト比の高い（細くて長い）CNFを得ることは困難となる。そこで、セルロース繊維同士が水素結合で結合している点に注目し、高含水状態（水素結合を膨潤させてほぐし易くする）での粉砕により高いアスペクト比のCNFが得られるかどうかを検討した。さらに、結果は示さなかったが、高含水状態であるとセルロース自体の強度も増加し、繊維が断裂しにくくなるという利点も見出された。ここで、膨潤を促進させるために、水酸化ナトリウム添加での粉砕も検証したが、量産化時でのアルカリの中和による作業工程の増加、作業環境（設備の耐薬品性処理等での設備費アップ）の改善等によりコスト高になるので、最終的にこの手法は採用しなかった。繊維が断裂し難い高含水粉砕を見出したことで、粉砕時には高いせん断エネルギーを与えることが可能となった。そこで、高いせん断エネルギーを与えることが可能な粉砕装置の検討を行った。ハンマーミル、ボールミル、遊星ボールミルにて、回転数（せん断強度レベルの評価）、時間等の条件評価を行った結果、遊星型のボールミル（図2-2）が最も適していることが確認された。遊星ボールミルは、回転数と時間でせん断力をコントロールできる。

図2-2 遊星ボールミル

#### 2.1.3 CNF 粒子サイズの測定法とその評価

図 2-3 には遊星ボールミルの回転数と粉砕時間におけるメジアン径を示す。本メジアン径を測定した粒度分布計は、堀場製作所社製 LA950 である。この粒度分布計は、水分散した粒子を循環させ、レーザー照射によりその粒子の面積を測定し、この面積を円形に換算する装置である。CNF を評価するにあたり、粒度分布は重要な評価項目ではあるが、細くて長い繊維状の素材も面積計算されるため、CNF のようなアスペクト比の高い素材では、同一の繊維径でも長くなるほど、面積が大きくなる（粒度分布が大きくなる）欠点もある。しかしながら、CNF サイズで正しくアスペクト比を評価できる装置はなく、ここでは、結果を示さなかったが、電子頭微鏡写真での画像との比較から、メジアン径が $ 50 \mu m $ 以下であれば、本事業で定義としている CNF となることが確認されている。遊星ボールミルの回転数が高いほど早く微粉化され、同様に遊星ボールミルの粉砕時間が長いほど微粉化されており、遊星ボールミルが廃棄物系バイオマスに与える粉砕エネルギーに依存している。
図2-3 回転数／粉砕時間とメジアン径の関係

図2-4 回転数／粉砕時間と粒度分布

一方、図2-4に異なった回転数で粉砕処理したもので同程度のメジアン径を持つCNFの粒度分布を示す。回転数が高い250rpm及び200rpmにおいては、平均粒径（頻度）のピークは、15μmであるが、同時に1μm以下の微粒分にもピークが認められる。これは、湿潤状態での粉砕でも、高いせん断を与えすぎるとセルロース繊維が断裂することを意味している。
透過率(%)
150rpm-16hr	200rpm-8hr	250rpm-8hr
5分	81.0	79.1	76.5
35分	86.8	86.2	85.2
变化量	5.8	7.1	8.7

図2-5 回転数／粉砕時間と透過率変化

次にアスペクト比に関して評価をした。目標性能を確保するためには、ナノ化されているだけではなく、繊維補強効果（高いアスペクト比）を有していなければならない。図2-5に異なった回転数で処理した同じメジアン径のCNFの透過率の変化量を示す。これはCNF濃度約1%の水溶液を、十分に攪拌後、静置した際の上澄み液の透過性を評価したものである。本来、同一素材で粒子の大きさ、形状が同じであれば、ストークスの式に従ってこの粒子が沈降する速度も同じであり、上澄み液の透過性も同じとなる。しかしながら、この沈降法による透過率ではメジアン径は同じであるもののCNF形状（アスペクト比やCNF表面形状）が違っている場合、沈降する举動が異なってくることが考えられることから、静置5分後と35分後の透過率の変化率で評価した。即ち、同じCNFメジアン径でも、繊維状、表面の毛羽立ち等CNFの沈降に抵抗する因子があれば、変化率は小さくなる。透過率の変化率から、遊星ボールミルの回転速度が小さくなるほど、変化率は小さくなっている（沈降しにくくなっている）。

図2-6 回転数／粉砕時間とチキソトロピーインデックス
したがって、異なる回転速度で粉砕処理されたCNFは、メジアン径は同じでも形状に変化があることが示唆される。その理由として2つの事項が挙げられる。1つは、回転数が低いほど、CNFのアスペクト比が高くなり（繊維状となり）、全体のかさが高くなったことで、CNFが沈降しにくくなったことである。もう1つは、CNF表面に増加した微細な毛羽立ちにより抵抗が増え、CNFの沈降が遅くなったことである。以上の考察を検証するために、回転粘度計を用いたせん断応力の違いによって求められる粘度の差から、チキソトロピ一性（チキソトロピ一インデックス）を評価した（図2-6）。

チキソトロピーインデックスは、アスペクト比が高くなるほど高せん断時の粘度が繊維の配向により大きくなるという傾向が評価できる指標である。本実験で求めた全てのメジアン径において、遊星ボールミルの回転数が低くなるほど、チキソトロピーインデックスは高くなっている。即ち、回転数が小さいほど、アスペクト比の高いCNFが生成されることを明らかにした。

図 2-7 には、メジアン径が $ 15 \mu m $ における遊星ボールミル回転数 150rpm と 250rpm の CNF 電子顕微鏡（SEM）画像を示す。250rpm の CNF は、細くて短い CNF が多く認められる（細かい CNF の凝集体）。これは、図 2-4 の粒度分布結果で確認した微粉砕物が存在することを裏付けている。一方、150rpm においては、細くて長い CNF が多く存在していることが確認された。したがって、前述した沈降速度（透過率変化率）及びチキソトロピーインデックスの結果と合致している。ここで、本事業において重要な成果として、従来 SEM 等の特殊設備でしか評価できなかった CNF のアスペクト比を、簡易な設備で測定できる沈降法とチキソトロピーインデックスにおいて測定できた点である。SEM は、高額な装置である点に加え、測定者にある程度のスキルが必要となり、本事業のように、小規模生産の現場への導入は、投資による設備償却への負荷、人員増等、事業の採算性に悪影響を及ぼす。一方、沈降法及びチキソトロピーインデックス評価用の装置は、総額でも 100 万円以上は必要とせず、加えて品質管理に要する作業員数が少ない。これらの効果等は、「スモールバッチシステムの構築」の章で具体的に示すが、ここでの研究成果は、性能目標の達成だけではなく、事業目標達成にも大きく貢献できるものであった。

図2-7 各回転数における CNF の SEM 画像
表 2-1 評価した廃棄物系バイオマス

廃棄物系バイオマス	仕様
間伐材	スギ間伐材(いび森林資源活用センター提供)
木質廃材	パーティクルボード廃材(当社キッチン生産における加工廃材)
草本系廃材	ケナフ繊維残渣(丸文製作所提供)
農業系廃材	稲わら(浜松市米農家提供)
紙廃材	シュレッダーダスト(当社コピー用紙廃材)

#### 2.1.4 量産ベースでの実証

ラボベースにおいて、最も CNF 化し難い木質廃棄物系バイオマスにて処理条件を確立した。そこでここでは、この確立した条件をもとに量産用設備及びその他の廃棄物系バイオマスについて CNF 化条件を検討した。表 2-1 に今回使用した廃棄物系バイオマスを示す。量産用設備については、遊星ボールミルと同じ効果のある粉砕装置としてディスク型のミルを調査した。湿潤状態で利用する汎用のディスク型ミルは、パルプの解繊に用いるリファイナーが一般的である。しかしながら、パルプ用のリファイナーは大型設備しかなく、本事業のスモールバッチシステムには合致しない。また、CNF を量産する装置として、高压ホモジナイザーが広く知られているが、現時点で汎用装置ではなく、設備投資負荷が高くなるため活用できない。そこで、類似の能力を有する装置として、食品の微粉化に使われている石臼型のディスクミル（増幸産業、マスコロイダー）を選定した（図 2-8）。これは豆腐用の大豆粉砕やコーンスープ用のコーンの粉砕装置であり、湿潤状態で使用できるだけではなく、少量生産にも対応でき、さらには食品分野では汎用の設備として利用されている設備のため設備投資負荷も少ない。

遊星型ボールミルと同様、同装置もせん断力を変えることができる（ディスクミルの場合は、ディスクの回転数でせん断力をコントロール）。図2-9に前節と同様最も解繊が困難と想定される間伐材で行った粉砕実験におけるディスクの回転数と粒度分布を示す。粒度分布の結果からは、CNF化における粒度分布状態の大きな違いは認められなかった。また、図2-10に異なるディスク回転数粉砕されたCNF溶液の透過率を示す。回転数が大きいほど、透過率が高いことが分かるが、その傾き（透過率の変化率）に大きな差はなく、回転数が高いほどアスペクト比が低くなっているものと考えられる。

図2-8 評価に用いたディスク型ミル
図2-9 ディスク回転数と粒度分布

図 2-10 ディスク回転数と沈降速度

粒度分布状態が同じであるにもかかわらず、透過率が異なっている点を推察するために、ディスクミル各ディスク回転数における粉砕初期の木粉表面を SEM にて観察した（図 2-11）。ディスク回転数 1000rpm においては、木粉自体が大きく割れながら粉砕されていることが分かる。よって、木粉自体が大きく割れていき、徐々に CNF 化されると考えられる。この場合、大きく割れた木粉は、ディスク内に滞留し（ディスククリアランスより大きいとディスクより排出されないため）、木粉に過剰なせん断が加わることで、木繊維（セルロース繊維）方向だけでなく、繊維に対し垂直な方向にも粉砕され、アスペクト比の小さな CNF になると予想される。ディスク回転数 2000rpm では、木粉表面に細長い繊維が多く目立つ。このことから、木粉表面から順次 CNF が剥離するような形で合成されていると考えられる。この剥離した形で合成された CNF は、SEM 画像からも明らかなように、アスペクト比の高い CNF となっていると推察される。ディスク回転数 3000rpm も同様に木粉表面から剥離しているように見られるが、その長さはディスク回転数 2000rpm に比べ短い。これら推察から、ディスク回転数 2000rpm が、高いアスペクト比の CNF が得られたため、沈降法による透過率に差が生じたと考えられる。以上の結果から、ディスク回転数は、CNF のアスペクト比を制御する重要な因子であることが確認された。

<ディスク回転数1000rpm>

<ディスク回転数2000rpm>

<ディスク回転数3000rpm>

図 2-11 各ディスク回転数における粉砕初期木粉表面の SEM 画像
間伐材での粉砕条件をベースに、各種廃棄物系バイオマスのCNF化のための粉砕処理を実施した。ここで、ケナフは、廃棄物系バイオマスではないが、本事業の評価において草本系廃棄物が安定的に調達できないため、その代替として用いた。さらに、ケナフの利用は、今後拡大する可能性もあり、利用が促進すれば、再利用の手法も課題となることから、中長期的な視野も入れ、評価に用いた。また、近年稲わらの利用は増えてきてはいるが、本事業のように付加価値が高い手法を提案することを目的としている。加えて、草本系廃棄物の中には、シリカ分を含んでいるものも多く、稲わらはシリカ成分が多く含有されていることから、この影響因子を確認することも意図されている。図2-12には、各種廃棄物系バイオマスから得られたCNFの写真とディスクミル処理におけるメジアン径を示す。稲わら及び紙では粒径が大きくなってはいるが、全ての廃棄物系バイオマスでCNF化できている。稲わら、紙においても粉砕時間を延長すれば他の廃棄物系バイオマス同様のサイズまでは微粉化可能である。しかしながら、本事業の目的は細かいCNFを作ることではなく、目標とするコストにおいて、目標とする性能を確保することである。そこで、本事業では、生産性を考慮した条件で進めていく。

図 2-12 各種廃棄物系バイオマスから得られた CNF

図 2-13 には、各種廃棄物系バイオマスにおける生産性を示す。目標とする製造原価を達成するためには、20kg/hr 以上が必要であり（50t/月×CNF 添加量 20%÷稼働日 20 日÷稼働時間 24 時間＝CNF 時間当たりの生産量 20kg/hr）、全ての廃棄物系バイオマスにて目標値を達成している。したがって、本量産設備は、本事業における CNF 量産設備として適していると判断した。

図 2-13 各種廃棄物系バイオマスの生産性評価
### 2.2 廃 FRP とセルロースナノファイバー(CNF)のアロイによる高機能化

#### 2.2.1 概要

本技術課題は、CNF 表面に廃 FRP をアロイする表面処理手法を検討することである。ここでのポイントは、親水性 CNF を疎水性のプラスチックと相容させるため、CNF 表面を親水性の低いケイ酸カルシウムで表面被覆する技術であり、ケイ酸カルシウムは、廃 FRP 粉末中のガラス繊維成分（ケイ酸成分）を利用し、CNF 表面をケイ酸カルシウムで表面被覆されやすいように、予め CNF 表面に廃 FRP 粉末を固着させることである。廃棄物系バイオマスを高せん断で粉砕する際、廃 FRP 粉末を同時添加することで（ここでは、この処理のことをメカニカルアロイと言う）、粉砕エネルギーにより、CNF 表面に多くの廃 FRP 粉末が固着した。この廃 FRP 粉末が固着した CNF を水熱合成することで、CNF 表面にケイ酸カルシウムが形成され、プラスチックと相容性のある CNF が合成された。同時に、硬い廃 FRP が添加されることで、アスペクト比の高い CNF が合成できる点も確認された。この表面処理効果により、複合化するプラスチックへの相容性が改善され、目標性能が達成された。さらに、メカニカルアロイ効果による表面処理時間の短縮及び従来課題のあった CNF の乾燥性の改善という新たな効果を見出し、事業目標におけるコスト目標達成にも大きく貢献した。

#### 2.2.2 廃 FRP 粉末アロイ技術の構築

廃 FRP 粉末は、不飽和ポリエステル系 SMC（ユニットバス防水パン）端材をハンマーミル（増幸産業；マスコロイダー/ハンマーユニット）にて粉砕、#100 メッシュふるい（約 100 μm）を通過したものを用いた。図 2-14 に間伐材を CNF 化する際に、廃 FRP 粉末を同時に添加した場合の SEM 画像を示す。廃 FRP を添加し粉砕した方が、細くて長い（高アスペクト比）CNF が得られたことが分かる。SEM 画像からは確認できないが、これは、硬度のある廃 FRP 粉末が CNF 粉砕時の助剤として働いていることが考えられる。廃 FRP 中のシリカ成分（ガラス繊維）はセルロースと相容が高く、解砕された繊維間に順次廃 FRP が入り込むこともこの効果発現の要因であると予想される。

図 2-14 廃棄物系バイオマス、廃 FRP 粉末同時粉砕の効果

そこで各種の廃棄物系バイオマスに廃 FRP を添加し、実機（ディスクミル）にて同時粉砕を行った。廃 FRP 添加の有無により、見かけ上 CNF の状態に大きな差は認められない（図 2-15）。また、表 2-2
に前項ディスクミルにおける CNF 化の量産で設定した条件で得られた粒径を設計条件とした場合の生産能力を示す。

図2-15 廃 FRP 粉末添加／無添加によって生成される各種廃棄物系バイオマスの CNF 写真

表 2-2 廃 FRP 粉末添加／無添加による CNF の生産性比較

廃棄物系バイオマス	間伐材	ボード廃材	ケナフ	稲わら	紙
目標とする粒径	約25μm	約25μm	約25μm	50～60μm	50～60μm
生産能力	FRP無添加	100kg/hr	80kg/hr	92kg/hr	44kg/hr	55kg/hr
FRP添加	783kg/hr	857kg/hr	729kg/hr	735kg/hr	101kg/hr

廃 FRP 粉末無添加での生産量は、過去の CNF 製造実験から得られたデータをもとに小型設備での数値から換算しているため、多少の差異はあるが、大きく異なっていることはないと判断する。表から廃 FRP を添加することで、高い粉砕性が確認された。本設備の生産量の目標（目標原価を達成するための生産量）は 20 kg/hr 以上であり、今回評価に用いた廃棄物系バイオマス全てにおいて、目標値を大きく上回った。紙も目標値は大きく上回っているが、他の廃棄物系バイオマスより生産性が低かった事由は、同一濃度では、CNF の粘度が高く、ディスクへの食い込みが低くなったことが考えられる。紙においては、濃度等の調整により改善できると考えられる。

図 2-16 に量産機で得られた各種廃棄物系バイオマス由来の CNF のメジアン径を示す。同じ材料に対しては同一目標粒径を CNF 化しているので、廃 FRP 粉末添加、無添加にかかわらずほぼ同じ平均粒径になっている。ここで、特筆すべき点は、廃 FRP も微粉化されている点である。アロイ化に使用した廃 FRP 粉末（平均粒径 100 μm）は処理後には図 2-14 でも確認できないほどに微細化されていた（但し、この考察を裏付けるため、溶かして確認する等の評価は行っていない）。