樹脂にセルロースナノファイバーを配合して得られる物性

樹脂にセルロースナノファイバー（CNF）を配合すると、単なる「補強材」以上の

多面的な物性向上が得られます。

■CNF配合によって得られる主な物性向上

①高剛性化（ヤング率・曲げ弾性率の向上）

・CNFはヤング率100～150GPa級の非常に高剛性な材料。

・ポリプロピレン(PP)やポリエチレン(PE)　等の樹脂に配合すると

　5～50wt％で20～200％以上の剛性向上が期待できる。

・樹脂内部でナノレベルの繊維補強材として働き、荷重伝達効率が高い。

※メカニズム

　CNFは高アスペクト比(長さ/経比100以上)を持ち、樹脂マトリックス内

　でネットワーク構造を作る為、応力伝達効率が大きい。

②強度（引張・曲げ強度）の向上

・適切に分散できれば、引張強度10～80％向上の例が多い。

・特に極性樹脂(PA6、PA66、PBT、PLA　等）との相性が良い

※メカニズム

　CNF表面には多数の水酸基があり、樹脂(特に極性基を持つもの)

　と水素結合・界面相互作用を形成し、界面強度が高まる。

③耐熱性・熱変形温度(HDT)の向上

・マトリックス内でCNFが「微細骨格」のように働く為

　HDTが10～40℃上昇する場合がある。

・PLAやバイオ樹脂では特に顕著

※メカニズム

　CNFの高耐熱性とネットワーク構造により、樹脂の変形を抑制する。

④線膨張係数の低減(寸法安定性向上)

・CNFはほとんど熱膨張しない材料の為、樹脂に配合すると

　熱膨張係数(CTE)が20～60％減少する例がある。

※メリット

　・電気・電子部品や精密備品の寸法変動抑制

　・熱サイクル耐性の改善

⑤耐衝撃性の変化(状況により「上昇」も「低下」もあり）

〇向上するケース(相溶性が良い場合)

・相互作用が良い樹脂(PLA、PA系)では、10～30％向上するケースも。

・CNFが亀裂進展を抑制するブリッジ構造となる。

〇低減するケース(PP、PEなど相溶性が低い場合）

・界面剥離が起きて衝撃でクラックが入りやすい。

　→表面改質、CNF、カップリング剤処理で改善可能。

⑥ガスバリア性の向上

・CNFを数wt％加えるだけで酸素・水蒸気の透過度が1/2～1/10に

　低減する報告が多数。

・フィルム用途に効果大。

※メカニズム

　CNFが「ガスの通り道を曲げる」構造を作り、拡散経路が長くなる。

　(トータスティ構造)。

⑦クリープ性の抑制(荷重変化が小さくなる)

・高アスペクト比のCNFネットワークが長時間変形を抑え

　クリープ変形が大幅に低減(20～70％減)する事がある。

⑧難燃性の向上(条件付き)

・単独では燃えるが、CNFが炭化層(チャー)を形成する為

　難燃性がわずかに向上する場合がある。

・他の難燃剤との併用で効果が大きくなる。

⑨透明性の維持(条件によっては透明)

・CNFは直径数nmの為、分散が良好なら樹脂の透明性を損なわない。

・透明補強材としても利用可能

⑩環境性能・LCA改善

・CNFは植物由来でカーボンニュートラル

・石油系フィラー(タルク、ガラス繊維）代替となり、CO2排出量や

　比重の低減(軽量化)に繋がる。

二軸混錬コンパウンド