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。

在这项研究中，我们开发了金属涂层纤维素纳米纤维（CNF），并评估了它们作为树脂导热和导电填料的性能。近年来，随着智能设备和电动汽车的显着发展，对导热导电树脂作为这些设备组件的需求不断增加。通常，微米级无机颗粒用作树脂的填料，但为了使树脂表现出导热性和导电性，需要添加30体积％或更多的填料。由于添加大量填料会增加树脂的重量并导致其变脆，因此需要开发一种仅添加少量即可表现出导热性和导电性（能量传导性）的填料。在本研究中，我们重点关注具有高长径比、高强度和低比重等特性的纤维素纳米纤维（CNF），并旨在通过在CNF界面上涂覆金属将其用作导能填料。具有高长径比的纳米填料倾向于在树脂内部形成三维网络结构，因此通过在CNF的界面连续排列具有能量传导性的金属，高长径比的纳米填料比传统的颗粒填料更有效。可以有效地构建能量传导路径。这项研究的结果有望通过减少填料的添加量来减轻复合树脂的重量、提高成型性并降低成本。在 R4 年，进行了研究，目的是创建镀金 CNF 和树脂的均匀复合材料。在此之前，我们首先研究了放大生产的条件，找到了即使在放大大约100倍的情况下，也可以使金纳米粒子均匀地包覆在CNF上而不会发生团聚的制备条件。我们利用放大生产得到的镀金CNF，与PP、EVA和PVA进行了复合实验。结果，我们能够制造出一种薄膜，其中镀金的 CNF 相对均匀地分散在树脂中。当使用PVA作为基质时，金包CNF的分散性特别高。