金属被覆セルロースナノ繊維の開発とエネルギー伝導フィラーとしての展開

金属涂覆纤维素纳米纤维的开发及其作为导能填料的用途

• 批准号: 21K14421
• 负责人: 野口 広貴
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14421/
• 关键词: セルロースナノファイバー; ナノ粒子; 複合樹脂; 導電性; 熱伝導性; 金ナノ粒子; フィラー; コンポジット; 金属被覆; 熱伝導; 樹脂コンポジット

本研究では、金属で被覆したセルロースナノファイバー（CNF）を開発し、樹脂用の熱及び電気伝導性フィラーとしての性能を評価する。近年、スマートデバイスや電気自動車の著しい発展に伴い、それらの部材として熱及び電気伝導性樹脂の需要が高まっている。一般的に樹脂用フィラーとしてはマイクロスケールの無機微粒子が利用されているが、樹脂に熱及び電気伝導性が発現するためには30vol%以上のフィラー添加が必要とされている。多量のフィラー添加は樹脂の重量増加や脆化を招くことから、少量の添加で熱及び電気伝導性（エネルギー伝導性）を発現可能なフィラーの開発が求められている。本研究では、高アスペクト比、高強度、低比重などの特徴を有するセルロースナノファイバー (CNF) に着目し、CNF界面に金属を被覆することでエネルギー伝導フィラーとして活用することを目指す。高アスペクト比であるナノフィラーは樹脂内部で三次元的なネットワーク構造を形成しやすいことから、CNFの界面にエネルギー伝導性を有する金属を連続的に配置することで、従来の微粒子状フィラーよりも効率よくエネルギー伝導パスを構築可能であることが期待できる。本研究の達成により、フィラー添加量削減による複合樹脂の軽量化、成形性の改善、低コスト化が期待できる。R4年度は金被覆CNFと樹脂の均一な複合を目的に研究を進めた。それに先立ち、まずはスケールアップ製造のための条件検討を実施し、約100倍のスケールアップ製造でも凝集なく均質に金ナノ粒子をCNFに被覆可能な調製条件を見出した。スケールアップ製造で得た金被覆CNFを用いて、PP、EVA、PVAとの複合化実験を実施した。結果として、外観は金被覆CNFが比較的均一に樹脂に分散したフィルムを作製することができた。特にPVAをマトリックスとした場合に金被覆CNFの分散性が高かった。

This study で で は, metal coating し た セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー (CNF) を open 発 し, resin with の thermal and electric 気 び 伝 conductivity フ ィ ラ ー と し て の を performance evaluation 価 す る. In recent years, ス マ ー ト デ バ イ ス や electric 気 automotive の the し い い 発 exhibition に companion, そ れ ら の department material と し て thermal and electric 気 び 伝 high conductivity resin の need が ま っ て い る. General に resin フ ィ ラ ー と し て は マ イ ク ロ ス ケ ー ル の inorganic particles が using さ れ て い る が, resin に thermal and electric 気 び 伝 conductivity が 発 now す る た め に は above 30 vol % の フ ィ ラ ー add が necessary と さ れ て い る. In great measure の フ ィ ラ ー add は resin の weight raised with や embrittlement を recruit く こ と か ら, added a small amount of の で thermal and electric 気 び 伝 conductivity (エ ネ ル ギ ー 伝 conductivity) を 発 may now な フ ィ ラ ー の open 発 が o め ら れ て い る. This study で は, high ア ス ペ ク ト ratio, high strength, low specific gravity な ど の, 徴 を have す る セ ル ロ ー ス ナ ノ フ ァ イ バ ー (CNF) に し, CNF interface に を metal coating す る こ と で エ ネ ル ギ ー 伝 guide フ ィ ラ ー と し て use す る こ と を refers す. High ア ス ペ ク ト than で あ る ナ ノ フ ィ ラ ー は resin internal で three yuan な ネ ッ ト ワ ー を ク structure formation し や す い こ と か ら, CNF の interface に エ ネ ル ギ ー 伝 conductivity を have す る metal を even 続 に configuration す る こ と で, 従 の particles shape フ ィ ラ ー よ り も sharper rate よ く エ ネ ル ギ ー 伝 guide パ ス を constructs may で あ る こ と が period Wait for で る る. の this study reached に よ り, フ ィ ラ ー amount cut に よ る composite resin の 軽 quantification, formability の improvement, low コ ス ト change が expect で き る. The purpose of the に study on を into めた is to conduct a homogeneous な composite of <s:1> gold-coated CNFと resin in R4. そ れ に ち, first ま ず は ス ケ ー ル ア ッ プ manufacturing の た め 検 の conditions for を be し, about 100 times の ス ケ ー ル ア ッ プ manufacturing で も agglutination な く homogeneous に gold ナ ノ particle を CNF に coating may な を modulation conditions show the し た. ス ケ ー ル ア ッ プ manufacturing で た gold coating CNF を with い て, PP, EVA, PVA と composite の be 験 を be applied し た. Results と し て, outside 観 は gold coating CNF が comparison に resin に uniformly dispersed し た フ ィ ル ム を cropping す る こ と が で き た. In the case of にPVAを トリッ トリッ スと スと た た, the に gold-coated CNF has a <s:1> high dispersion が and った った.