セルロース材料グループでは、「作る」「知る」「使う」のサイクルで研究開発を進めています。

当研究グループの研究開発の過程で得られた技術のポイントを紹介します。

ディスクミル装置を用いたナノセルロース製造の概要

内容

　ディスクミル（グラインダー）装置によるナノセルロース製造では、水分散した木粉、パルプ等を電動石臼型解繊機構で処理します。ディスクミル装置の解繊部は、上下２つのセラミックディスクで構成されています。
　ディスクミル処理では、処理1回で十分に解繊が進行しない場合、原料を分散させた懸濁液を再度、装置に投入して繰り返し処理を行います。その際、必要に応じて上下のセラミックディスク間のクリアランスを調整（処理回数の増加に伴い、原料が微細化するた、クリアランスを狭める）します。木粉のように原料サイズが大きい場合でも、処理を繰り返してクリアランスを調整することで、粗砕からナノ化までを実施することができます。
　セラミックディスクの材質には、様々な材質のものが用意されていますが（増幸産業(株)）、ナノセルロース製造では、シリコンカーバイト（SiC）製のディスク砥粒# 120（超微粉砕用）がよく用いられています。原料が大きい場合は、# 46（微粉砕用）などで、ディスク間のクリアランスを調整して数回処理して、均質化した後、ディスクを# 120等に交換して、さらにナノ解繊を実施します。メーカーでは、ディスクサイズは、φ150 mmからφ500 mmまであり、研究用から量産まで対応可能です。
　ナノ化時に水は木材組織をほぐす「くさび”」の作用をします。水が存在しない（少ない）状態で、ディスク間クリアランスを狭めすぎると、ディスク同士が直接に接触してしまい、ディスクの著しい摩耗やモーターへの過負荷により、装置ダメージが発生する恐れがあります。処理の際の固形分濃度は、5wt % 程度以下が一般的です。
　ディスクミル処理では、ディスクが原料に直接的に接するため、運転条件によっては繊維へのダメージが発生し、得られたナノセルロースの短繊維化や結晶性の低下が起こる場合があります。これらを抑制するためには、事前に原料を微粉砕やパルプ化等により前処理して、木材組織等を脆弱化させる方法も必要です。

装置外観・内部

装置メカニズム

参考資料

NEDO「セルロースナノファイバー利用促進のための原料評価書」2020年3月公開

装置・設備へのリンク

「微細化装置」
ディスクミル（グラインダー）・小型　　増幸産業(株)　MKCA6-2

追記事項

セルロース材料グループ