化学と植物の関係で新しい技術があります。それがセルロースナノファイバーです。炭素繊維は、一般に鉄よりも軽く鉄よりも強い機械的な性質を持つため、飛行機の機体や自動車車体などへの応用が進んでいます。しかし、一般の炭素繊維は石油由来の炭素を使った合成で作られているため、環境負荷が掛かります。それに対してセルロースナノファイバーは木の中のセルオースをナノサイズに分解して作るファイバーです。環境にやさしく、またセルロースナノファイバー独自の性能も現れています。そんなセルロースナノファイバーのご紹介をします。

1) 炭素繊維
2) セルロースナノファイバー
3) セルロースナノファイバーの性質
4) セルロースナノファイバーの製造法
5) セルロースナノファイバーの応用

1) 炭素繊維
炭素繊維は、鉄よりのずっと軽いのが特徴です。鉄の7分の1、アルミの4分の1の軽さです。炭素繊維は石油系の合成繊維を蒸し焼きにして炭素の繊維にすることで作られます。もともとの合成繊維に窒素が含まれるので、炭素繊維の一部に窒素が含まれるものもあります。高温で焼成すれば、窒素が抜けて純粋な炭素繊維ができます。炭素100%の方が、弾性率が高い繊維になります。炭素繊維は硬さや軽さは簡単に条件をクリアしても、飛行機の翼のようにしなる必要がある部分に使うには弾性率が重要になります。ポキっと割れてしまうイメージの炭素繊維ですが、高弾性率も達成できています。

カーボンナノファイバーは、カーボンナノチューブを含む、合成された炭素繊維でナノチューブの作り方は合成繊維の蒸し焼きともセルロースから作る方法とも違います。

2) セルロースナノファイバー
セルロースナノファイバーとは、木の中のセルロースを解きほぐしてナノファイバーにしたものです。セルロースとは植物を形作る骨格分子で、分子式 (C6 H10 O5)n で表される炭水化物(多糖類)です。糖の一種ですが、人間は分解できないので、消化されないで排出されるいわゆる植物繊維です。その植物繊維は、非常に細かいセルロースの繊維が絡まった構造をしています。従来のほぐし方では、紙に使われるようなほぐし方で、炭素の繊維をナノサイズまでには細かくほぐせていませんでした。

3) セルロースナノファイバーの性質
セルロースナノファイバーは鉄よりも軽く鉄よりも強度が5倍になります。紙と同じ材料で同じような繊維ですが、繊維の細かさが違うことでこの強度が出ます。紙には太い繊維が疎らに絡まっている状態なので、弱いのですがセルロースナノファイバーはナノサイズにまで細かい繊維がより密になって絡まっているために大きな強度が出せるのです。また、紙と同じようにセルロースナノファイバーをシート状にして使うこともできます。さらに透明な紙にすることも可能です。

4) セルロースナノファイバーの製造法
セルロースナノファイバーの製造には、繊維を分解する触媒が必要です。それがTEMPOと呼ばれる有機化合物の触媒です。東京大学の磯貝明先生がこの触媒を用いて、セルロースをセルロースナノファイバーにすることに成功しました。ニトロキシルラジカル (R2N-O•) の一種、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシル (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) の略称です。簡単に言うと窒素と炭素が環を作っている有機化合物です。この触媒は水に溶けて常温ではたらく環境にやさしい触媒です。

5) セルロースナノファイバーの応用
セルロースナノファイバーは、価格で他の炭素繊維より安いという点もメリットで、炭素繊維と同じような応用もあります。しかし、紙パルプの延長線上にある技術ですから、シート状にした新しい紙として金属などを分散させて殺菌力を持つ紙、薬を分散させて診断力のある紙、透明な電気配線板に使ったり、軽いタブレットスマホのボディーに使う、ガスを通さないような紙というさまざまな応用があります。王子製紙をはじめ製紙メーカーが技術を競っている状態です。

まとめ
軽くて強い炭素繊維。その新しい合成法がセルロースナノファイバーです。木や植物のセルロースを化学の力で究極まで分解して解きほぐした新世代の紙の技術です。木を使うという環境にやさしい発想で生まれています。応用面も医療、機械、電気と幅広い展開があります。これから製紙メーカーの技術開発が進んでいくと身の回りにどんどん登場すると思います。

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