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環境調和型複合材料 ―開発から応用まで―

  • Environmentally Friendly Composites
(2005年『環境調和複合材料の開発と応用』普及版)

商品コード: B0961

  • 監修: 藤井透・西野孝・合田公一・岡本忠
  • 発行日: 2011年5月
  • 価格(税込): 4,320 円
  • 体裁: A5判,276ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0330-7

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刊行にあたって

 身の回りのプラスチック製品の多くは,ポリプロピレン(PP)などの熱可塑性樹脂(TP)を射出成形して作る。その強度,剛性,耐熱性,耐クリープ性(時には,難燃性,耐絶縁性)を高めるため,短いガラス繊維(GF:Glass Fibers)がTPに混入されることも多い。ガラス繊維で強化されたプラスチックス(複合材料)は「軽くて丈夫,錆びない」ことから長期間の使用に耐えるが,一方で廃棄時始末の悪い材料となっている。化石資源から可能な限り持続的再生産可能な天然資源((SNR:Sustainable Natural Resources)への転換を図る必要がある。
 ガラス繊維やカーボン繊維のみならず,アラミド繊維に代表される有機繊維も極めて高い特性,品質を有する。一方,ジュートやケナフなど,天然繊維の多くはそれらを凌駕するだけの性能を有していない。バラツキをはじめとする品質面でこれまで実用化されている人工(合成)繊維にはかなわない。工業製品としての複合材料用素材としては不満が残る。環境に優しいだけの一面でそのような素材を各種部品,構造物に利用しようとすれば,大きな落とし穴に陥る恐れがある。天然素材によりできた複合材料の特性・品質も十分理解していなければ実用的に,安全に用いることができない。天然繊維・素材の特性を十分把握した上で複合材料に適用する必要がある。本書はこれらを背景として,複合材料の強化材としての各種天然繊維の可能性に言及するとともに,その応用についてそれぞれの分野の専門家を結集してまとめたものである。
(「巻頭言」より抜粋)

2005年11月  監修を代表して:藤井透


<普及版の刊行にあたって>

 本書は2005年に『環境調和複合材料の開発と応用』として刊行されました。普及版の刊行にあたり,内容は当時のままであり加筆・訂正などの手は加えておりませんので,ご了承ください。

2011年5月  シーエムシー出版 編集部

著者一覧

西野 孝   神戸大学 工学部 応用化学科 教授
        (現)神戸大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 教授
藤井 透   (現)同志社大学 理工学部 機械システム工学科 教授
合田公一   (現)山口大学 大学院理工学研究科 教授
大窪和也   (現)同志社大学 理工学部 エネルギー機械工学科 教授
黒田真一   (現)群馬大学 大学院工学研究科 教授
矢野浩之   (現)京都大学 生存圏研究所 教授
Antonio Norio Nakagaito  京都大学 生存圏研究所 生物機能材料分野 博士研究員
         (現)鳥取大学 大学院工学研究科 化学・生物応用工学専攻 研究員
岡本 忠    近畿大学 農学部 バイオサイエンス学科 教授
吉岡まり子   (現)京都大学 大学院農学研究科 森林科学専攻 複合材料化学分野 講師
幾田信生   湘南工科大学 工学部 マテリアル工学科 教授
古賀城一   (元)京都女子大学 教授
木村照夫   京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 先端ファイブロ科学専攻 教授
辻 秀人   (現)豊橋技術科学大学 大学院工学研究科 環境・生命工学専攻 教授
宇山 浩   (現)大阪大学 大学院工学研究科 応用化学専攻 教授
Ton Peijs   Queen Mary, University of London Department of Materials Professor
高木 均   (現)徳島大学 大学院ソシオテクノサイエンス研究部 教授
剱持 潔   信州大学 繊維学部 機能機械学科 教授
日和千秋   神戸大学 大学院自然科学研究科 機械・システム科学専攻 助手
髙橋 淳   (現)東京大学 大学院工学系研究科 システム創成学専攻 教授
安藤張孝   ㈱テザック 産業資材グループ マネジャー
奥平有三   松下電工(株) 先行技術開発研究所 エコマテリアル研究室 室長
高橋 俊   (株)資生堂 製品開発センター パッケージ開発室 
刈茅孝一   (現)積水化学工業(株) 環境・ライフラインカンパニー エコバリューウッド開発チーム 部長
河上榮忠   ミサワホーム(株) エムウッド事業部 渉外担当マネージャー
         (現)ミサワホーム(株) 企画管理本部 渉外技術 担当マネージャー
平田慎治   トヨタ車体(株) 新規事業部 部長
上田一恵   (現)ユニチカ(株) 中央研究所 研究開発グループ グループ長
森 浩之   (現)ソニー(株) コアデバイス開発本部 環境エネルギー事業開発部門 環境技術部 
山田心一郎  (現)ソニー(株) コアデバイス開発本部 環境エネルギー事業開発部門 環境技術部 
佐藤則孝    (現)ソニー(株) コアデバイス開発本部 環境エネルギー事業開発部門 環境技術部
堀江 毅    (現)ソニー(株) コアデバイス開発本部 環境エネルギー事業開発部門 環境技術部
藤平裕子    (現)ソニー(株) コアデバイス開発本部 環境エネルギー事業開発部門 環境技術部

執筆者の所属表記は,注記以外は2005年当時のものを使用しております。

目次

第1章 植物繊維充てん複合材料
1. セルロースの構造と物性
1.1 はじめに―何故セルロースなのか―
1.2 セルロース源の種類
1.3 セルロースの構造
1.3.1 結晶構造
1.3.2 セルロースの高次構造
1.4 セルロースの力学物性
1.4.1 セルロースの結晶弾性率
1.4.2 セルロース系繊維のマクロな力学物性
1.5 セルロース系繊維の熱物性
1.6 おわりに

2. 竹
2.1 竹は天然の複合材料
2.2 竹繊維の特性
2.3 竹繊維の形態と製造
2.4 竹繊維複合材料
2.4.1 (竹繊維を高含有した)竹繊維強化PP(ポリプロピレン)ペレットと射出成形
2.4.2 竹繊維強化TPの応用
2.4.3 竹繊維強化FRP
2.5 おわりに

3. 麻
3.1 はじめに
3.2 麻の種類と構造
3.3 麻系繊維の機械的性質
3.4 麻系繊維の高靭化
3.5 麻系繊維複合材料の機械的性質
3.6 生分解性樹脂を母材とする麻系繊維複合材料

4. ジュート
4.1 はじめに
4.2 ジュート繊維単体の強度
4.3 ジュート長繊維強化ポリプロピレンの強度に及ぼす吸湿の影響
4.3.1 JFRPの試験材料
4.3.2 JFRPの吸湿特性
4.3.3 JFRPの吸湿による強度変化
4.4 ジュート長繊維強化ポリプロピレンの強度に及ぼすペレット条件の影響
4.4.1 成形温度によるジュート繊維強度の低下
4.4.2 繊維の撚り方向とJFRPの強度との関係
4.4.3 ペレット繊維長とJFRPの強度との関係
4.4.4 繊維分散性の向上の効果
4.5 ジュート長繊維強化ポリプロピレンの最適界面強度の発現
4.5.1 異なる界面強度条件の設定方法
4.5.2 界面強度の把握方法
4.5.3 対象としたJFRPと破壊モードの変化の確認強度
4.5.4 界面強度の違いによるJFRP強度の違い
4.5.5 界面強度の違いによるJFRPの微視破壊現象の違い
4.5.6 繊維長の違いによる最適界面強度のシフト
4.6 おわりに

5. ケナフ繊維充填複合材料
5.1 ケナフ繊維の特長
5.2 ケナフ繊維充填複合材料開発の経緯
5.3 ケナフ繊維充填複合材料の加工特性と物性
5.4 成形加工性の向上&高繊維含量化
5.5 分散相-マトリックス界面の制御
5.6 バイオプラスチックとの複合化
5.7 分子複合材料
5.8 おわりに

6. セルロースナノファイバー複合材料
6.1 はじめに
6.2 ミクロフィブリル化植物繊維
6.3 MFC・フェノール樹脂複合成型物
6.4 MFCのみでの成型物製造
6.5 MFC・酸化デンプン複合成型物
6.6 MFC・ポリ乳酸樹脂複合成型物
6.7 バクテリアセルロース・フェノール樹脂複合成型物
6.8 他材料との比較
6.9 おわりに

第2章 木質系複合材料
1. 木質/プラスチック複合体
1.1 はじめに
1.2 木質材料とプラスチック材料との複合化
1.3 木質プラスチック複合体の製造技術
1.3.1 装置および材料
1.3.2 混練装置
1.3.3 成形機
1.3.4 相溶化剤(コンパテイビライザー)
1.4 木質プラスチック複合体の物性
1.5 市場情報および将来展望

2. 木材のプラスチック材料化と液化
2.1 はじめに
2.2 木材のプラスチック材料化とその応用
2.3 セルロースアセテートの可塑化
2.4 木材の液化と特性化及び応用

第3章 動物由来高分子複合材料
1. ケラチン
1.1 はじめに
1.2 ケラチンの基礎知識
1.2.1 動物界におけるケラチンの分布
1.2.2 ケラチンの分類
1.2.3 ケラチン繊維のアミノ酸組成
1.2.4 ケラチンの熱的化学的性質
1.2.5 資源としてのケラチン繊維
1.3 ケラチン誘導体の利用
1.3.1 強化繊維表面処理剤としての利用
1.3.2 マトリックスとしての利用
1.3.3 その他の高度利用
1.4 ケラチン繊維粉末成形
1.4.1 加熱加圧成形による樹脂化
1.4.2 複合材料に向けて
1.5 強化繊維としてのケラチン繊維利用
1.6 まとめ

2. 絹
2.1 はじめに
2.2 絹の特性
2.3 絹繊維の形態と複合材料
2.4 絹短繊維を用いた複合材料の射出成形
2.5 絹織物を用いた複合材料の圧縮成形
2.6 絹織物廃材を用いた複合材料の成形
2.7 おわりに

第4章 天然由来高分子
1. 生分解性高分子ブレンド
1.1 はじめに
1.2 相溶性
1.3 相溶化剤
1.4 ステレオコンプレックス化
1.5 組成傾斜型ブレンド
1.6 おわりに

2. バイオマス由来ナノコンポジット
2.1 はじめに
2.2 多糖類系ナノコンポジット
2.3 生分解性ポリエステル系ナノコンポジット
2.4 植物油脂ポリマー系ナノコンポジット
2.5 おわりに

第5章 同種異形複合材料
1. All‐ポリプロピレン複合材料
1.1 環境調和性について
1.2 何故All‐ポリプロピレン複合材料なのか
1.3 高性能PP繊維
1.4 All‐ポリプロピレン複合材料の成形
1.5 PURE(R)テクノロジー
1.6 今後の展開

2. All‐セルロース複合材料
2.1 はじめに
2.2 All‐セルロース複合材料の作製とその構造
2.3 All‐セルロース複合材料の力学・熱物性
2.4 無界面複合材料の試み
2.5 ポリビニルアルコール系ナノコンポジットの作製とその構造・物性
2.6 おわりに

第6章 環境調和複合材料の特性
1. 生分解性
1.1 はじめに
1.2 測定方法
1.3 マトリックス樹脂の生分解性
1.4 天然植物繊維の生分解特性
1.5 グリーンコンポジットの生分解特性

2. 質量則を超える遮音材料
2.1 新しい機能発現と多機能化
2.2 従来の複合材料と機能性マイクロカプセル化技術の統合
2.3 街路樹の遮音効果の工学的模倣
2.4 質量則を超える遮音機能発現
2.5 多機能材料の実現
2.6 まとめ

3. 生分解性樹脂複合材料の再生医療への適用
3.1 再生医療とスカフォールド
3.2 生分解性樹脂スカフォールドの開発上の問題点
3.3 歯科領域の再生医療とスカフォールド
3.4 体外培養(in vitro)での生分解性と細胞の接着性
3.5 実用化に向けたとりくみ

第7章 再生可能資源を用いた複合材料のLCAと社会受容性評価
1. はじめに
2. 地球環境問題におけるグリーンコンポジットの位置付け
2.1 民生部門
2.2 産業部門
2.3 運輸部門
2.4 まとめ
3. ケナフ繊維束強化ポリ乳酸樹脂の持続可能性の検討
3.1 化石資源使用量
3.2 二酸化炭素排出量
3.3 供給持続性
3.4 廃棄処理
4. ケナフ繊維束強化ポリ乳酸樹脂の消費者受容性
4.1 支払意志額調査
4.2 環境ラベルタイプ IIIの有効性に関する調査
4.3 環境調和型製品普及への方策
5. おわりに

第8章 天然繊維の供給,規格,国際市場
1. はじめに
1.1 天然繊維の分類
1.2 麻類繊維
2. 供給
3. 規格
3.1 麻類の特性
3.2 ジュートの分類及び生産地域
3.2.1 黄麻(Jute),学名Corchorus capsularis(円朔黄麻),Corchorus olitorius(長朔黄麻)
3.2.2 ケナフ(Kenaf),学名(Hibiscus cannabinus)
3.2.3 インドジュート
3.3 ジュート,ケナフ繊維の特徴
3.4 ジュート,ケナフ繊維の化学的性質
3.5 紡績工程に使用される油
4. 応用
4.1 緑化関連商品,園芸資材,農業資材など
4.2 アスベスト,ガラス繊維の代替え品
4.3 自動車,電化製品フィルター
5. 国際市場

第9章 工業展開
1. ケナフボードの開発とその特性
1.1 はじめに
1.2 ケナフ原料
1.2.1 ケナフとは
1.2.2 芯部の特性
1.2.3 靭皮部の特性
1.3 ケナフ繊維配向ボード
1.3.1 繊維配向ボードの製法
1.3.2 繊維配向ボードの物性
1.4 ケナフパーティクルボード
1.5 ケナフ複合ボードの製法
1.6 ケナフボードの物性
1.7 おわりに

2. 化粧品容器
2.1 はじめに
2.2 ポリ乳酸について
2.3 ポリ乳酸の化粧品容器への応用
2.4 ポリマーナノコンポジットについて
2.5 ポリ乳酸のナノコンポジット化による機能向上
2.6 ポリ乳酸ナノコンポジットの化粧品容器への応用研究
2.7 今後の展開
2.8 おわりに

3. 木質複合材料の応用と設計
3.1 はじめに
3.2 開発の内容
3.3 リファーレREWの材料設計
3.4 実験方法
3.5 配向角度
3.6 エレメント長さ
3.7 成形品密度
3.8 まとめ
3.9 おわりに

4. 木材・プラスチック再生複合材―M‐Wood2
4.1 はじめに
4.2 M‐Wood2とは
4.3 M‐Wood2原料配合例
4.4 M‐Wood2の開発経緯
4.5 M‐Wood2の特長
4.6 環境負荷低減のために
4.7 用途展開

5. 天然素材(ケナフ)を使った自動車部品開発の現状と将来
5.1 はじめに
5.2 ケナフとは
5.3 天然素材を用いた自動車部品のニーズ
5.4 ケナフの品質確保と安定供給
5.5 ケナフを用いた自動車部品
5.6 まとめ

6. ポリ乳酸の結晶化速度制御による電気電子機器筐体への応用
6.1 はじめに
6.2 ポリ乳酸への耐熱性付与
6.3 ポリ乳酸への耐久性付与
6.4 ポリ乳酸の電気電子機器筐体へ応用
6.5 おわりに

7. エレクトロニクス機器筐体
7.1 はじめに
7.2 取組みの経緯
7.2.1 筐体への応用
7.2.2 難燃性の向上
7.2.3 成形性の向上
7.2.4 非接触ICカードへの応用
7.3 現状の課題
7.4 今後の展開
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