B1-02 古紙・衣類の解繊繊維を活用したバイオ・再生プラスチック開発
研究開発責任者
関 俊一（セイコーエプソン株式会社）
研究開発概要
バイオ・再生プラスチックが持つ機械的な性能の課題を解決する繊維複合材料技術、及びその成形技術を確立し、社会実装に繋げることを目的とする。
到達目標としては、繊維複合技術によって、バイオ・再生プラスチックの弾性率と耐衝撃強度を両立させ、成形性を確保できる材料技術、及び成形プロセスを実現する。また、技術開発の結果を社会実装に繋げるバリューチェーンを構築すると共に、これらの複合材料を幅広く活用するためのトレーサビリティ要件を導出し、プラスチック情報流通プラットフォーム（PLA-NETJ）へ反映させる。
具体的な取り組みとしては、放射光等の高度分析、繊維複合プラスチックのシミュレーション技術などを用いた複合材料のキャラクタリゼーションにより、複合材料の性能を向上させるためのプラスチック及び繊維材料の最適種選定、繊維の長さ、太さ、アスペクト比、密度、分散性、配向性、樹脂との相溶性等の最適条件導出を行う。併せて、製品実装のための混練ペレット化条件、射出成形条件を導出する。これらの技術開発結果を用いて、原料調達、ペレット製造、品質保証体制の構築を行い、自社製品をはじめとして、自動車部品、家電部品での実証を行う。
SIPへの貢献としては、幅広い製品種に求められるバイオ・再生プラスチックの性能を達成する複合材料、及び成形技術の基盤を構築し、サーキュラーエコノミーシステムの基幹技術として提供する。さらに、この技術の製品実証の活動を通じて、動静脈連携モデルを実践することで、システムの社会実装を促進する。また、バイオ・再生プラスチック及び複合材料の物性値などの品質データに加え、再資源化における履歴データも加えたデータベースを蓄積し、PLA-NETJのシステム構築にも貢献する。これらの一連の材料開発の過程で得られる材料特性のトレーサー技術や、インフォマティクス技術を活用して、本SIPでの循環性向上と可視化のためのプラットフォーム整備に貢献する。
進捗・成果
東北大学グリーンクロステック研究センターに設置した共創研究所における研究開発体制を基盤に、高度分析評価技術、マテリアルインフォマティクス、プロセスインフォマティクスをフルに活用して、繊維複合プラスチックの材料技術、成形プロセス技術の基礎技術確立を推進した。
まずはバージンのポリプロピレン（PP）をベースに天然繊維であるセルロースや衣類に使われる汎用繊維を複合化した効果を検討した。添加する繊維の機能を分離した設計により目標とするABS樹脂の機械物性を上回り、更に自動車工業会の目標領域に達する弾性率及び耐衝撃強度を得ることができた。特に耐衝撃強度についてはガラス繊維強化樹脂を上回る強度が得られており、ナノテラスにおけるIn-situ観察から、繊維の形状、長さが高強度化に効いていることを示す結果が得られた。
社会実装に向けては、当社製品に加え、自動車部品及び家電製品部品への適用に向けた具体的な検討を開始した。X to Carモデル検討においては、再生材含む各種PP（ホモ、ランダム、ブッロク）に対する繊維複合の効果を検証した。PPの種類による向上効果の違いを把握、自動車工業会の目標とする弾性率、耐衝撃強度まで特性向上出来る事が分かった。またスケールアップ検証に向け、100kg/hの処理能力を持つ大型二軸混練設備を導入し、稼働を開始した。
社会実装に繋げるバリューチェーン構築に向けた繊維の調達先の検討と、ペレット製造拡大に向けた外部コンパウンダの探索、共創検討を継続して行っている。
研究開発概要図