제4장 천연소재 compound의 사례와 앞으로의 전망 (3) Cellulose계 재료

[YDfamily]

2.2.2 Cellulose계 재료

Cellulose 섬유는 유리 섬유와 비교하여도 높은 기계 강도를 나타내고, 저 선팽창 계수, 저 비중 등의 특징을 갖고 있고, 보강재로서도 활용되고 있다. 현재 시장에서 판매되고 있는 건조 상태의 cellulose 섬유는 20~30㎛ 정도의 섬유 경의 외에, 후술하는 cellulose microfiber, nanofiber 등의 미세화의 검토는 되고 있는데, 각종 사이즈의 cellulose를 활용한 compound가 각 회사로부터 전개되고 있다.

2.2.2.1 종이 파우더

㈜환경경영 종합연구소는, 건조한 종이를 분쇄한 파우더를 주원료로 하여 PP 등의 polyolefin과 compound 한 제품을 개발하여, “MAPKA”라고 하는 제품명으로서 전개하고 있다. 종래의 polyolefin에서는, 사출 성형 후의 수축률은 1% 정도 예상되는데, cellulose계 재료의 특징인 저 선팽창계수는, 섬유에 의한 보강효과는 유지하면서, 종이 파우더의 원료를 선정하는 것으로 cost가 control 가능하다.

MAPKA｜やさしい素材JAPAN

MAPKA｜やさしい素材JAPAN

2.2.2.2 Cellulose microfiber (CMF)

식물 cellulose 섬유를 개최하여 초 미세화 한 cellulose nano fiber(출)의 개발 자체에 대해서는 해섬(解纖) 기술이나 분산기술, 배합 검토 및 용도 전개 등 각종 분야에서 많은 보고, 개발 사례가 발표되고 있기 때문에 기존 보고를 참고하면 된다.

CNF의 용도 전개가 진행되는 한편으로, CNF의 과제로서는 원료 섬유의 품질 불균일, 저 효율 생산에 의한 높은 코스트가 열거되고 있고, 천연 소재 compound로서는 고가격대로 되는 기호품 등 고부가가치 제품을 타겟으로 할 필요가 있다. 최근에서는, 종래의 cellulose nano fiber(CNF) 보다 긴 섬유장으로 되는 cellulose micro fiber(CMF)를 이용한 개발도 진행되고 있다. CMF는, 말단의 섬유 구조는 nanometer 사이즈로 분지를 잇고, 평균 섬유경이 수 micrometer 사이즈의 섬유경을 갖고 있는 특징이 있고, matrix 재료와의 계면 접촉 면적이 크게 되기 때문에, 섬유 강도나, 저 열팽창율화 라고 한 기능면에서도 CNF와 비교하여도 향상된 것이 판명되어 있는 점, compound 중의 섬유 함유량이 향상 가능한 점, CNF와 비교하여 제조 cost가 억제될 가능성이 있기 때문에, 최근에는 각 회사에서의 compound 제품의 제안이 되어 오고 있다.

Tomoegawa 제지소와 FP 화성공업은 공동으로 특수 혼련법에 의한 PP에 CMF의 분산성, 유동성을 향상시민 PP/CMF compound를 “Green Chip”인 상표로 고객 전개를 개시하여 있다. CMF 배합량은 최대 70wt%까지 충전 가능하고, CMF 배합률=55wt%로 바이오매스 마크도 취득하여 있다. 특히 cutlery나 amenity 분야를 중심으로 하고 있는데, Furuta 화성에서 일용품(스푼, 포크 세트)의 판매도 개시하고 있다. 동일하게 cellulose 유도체의 제주원인, 일본제지 주식회사도, 2022년 9울에 CMF를 고충전한 bio composite 개발에 있어서 연대를 Mitsui 화학과 시작하였다. 상기의 2가지 예에 대해서는, 각 메이커의 강점인 펄프 제조 기술, compound 기술을 원천으로 공동 개발을 행하고, 현재화 하여 있는 기술 과제의 해결을 실시할 수 있도록 시도하고 있다. Panasonic은, cellulose 섬유 강화 플라스틱을 2019년에 CMF=55wt%의 compound를 발표하고, 2021년에는 CMF 함유량을 70wt%까지 향상시킨 compound를 발표하고 있다. 또한 본 제품을 기초로, Asahi 맥주와 공동으로 목질의 플라스틱 골판지 “모리의 단프라”를 온라인 스토어에서 시험 판매하고 있다.

セルロースファイバー配合 グリーンチップ® CMF® ｜ TOMOEGAWA

セルロースファイバー配合 グリーンチップ® CMF® ｜ TOMOEGAWA

2.2.2.3 Cellulose nano fiber

나노 사이즈로부터 마이크로 사이즈로의 개발 방향성의 한편으로, CNF를 이용한 compound 제품의 제안은 계속 하여 시행되고 있다. Asahi 화성은, 자사에서 CNF 제조부터 compound까지 일괄 제조 프로세스를 특징으로 하고 있고, polyamide(PA)나 polyacetal(POM) 등과 복합화 한 재료를 개발하고 있다. 특징은, 리사이클 시의 섬유장이 타사보다도 제어 가능하기 때문에, 재 성형 후의 물성 저하가 적고, 또한 착색이 어려운 특징도 있다. 성광 PMC(Chemipax)는 이전부터, polyolefin 재료와 CNF의 복합재료를 “STARCEL” 라고 하여 개발, 용도 전개하고 있다. 특히 PE의 발포 재료에 있어서, CNF 배합의 효과에 의해 발포 cell의 벽면이 보강되고, 고배(高倍) 발포에 의한 경량화와 내구성의 양립이 달성 가능하다고 추천되어, Asics의 running shoes에 채용되어 있다.

セルロース配合樹脂 STARCEL® - CHEMIPAZ

セルロース配合樹脂 STARCEL® - CHEMIPAZ

2.2.3 기타 천연소재

대표적인 목재, cellulose 이외에도 식품의 비식용의 쌀이나 전분 분말, 식물계의 산업 폐기물로서 발생하는 겉겨, 옥수수의 심, palm유의 짜낸 비가식부 등이 각 회사로부터 제안되고 있다. 제안의 대부분은, 폐기물과 석유 유래 성분의 삭감을 소구점으로 하고 있는 점에서부터, 각 지역에서 발생하는 폐기물을 활용한 사례로서 앞으로도 많은 메이커로부터 제안되고 있다고 상정된다.

Biomass Resin Holdings는, 비 식용 쌀과 PP, PE의 master batch를 “Rice Resin”으로서 제조 판매하고 있다. PP는 쌀 50%, 70%로 생산가능(PE는 30%)하고, 필름이나 일용품(스푼, 오카리나 등), 이외, 입에 넣어도 안심한다고 하는 소구점으로 유아용 완구 등에도 채용되고 있다. 또한, 비 식용 쌀과 생분해성 플라스틱의 compound를 “Neoryza” 라는 상표로, 일본 국내에서는 지방 자치제 등과 실증 실험을 진행하고 있고, 해외를 중심으로 제조 판매, 마케팅을 실시하고 있다.

(Biomass Resin Holdings는 “Rice Resin”, “Neoryza”의 제조 판매를 새로운 회사인 ㈜Rice Resin에 이관하였다.)

プロダクト - 株式会社ライスレジン / Rice Resin inc.

プロダクト - 株式会社ライスレジン / Rice Resin inc.

㈜Kobayashi는, 공업용 옥수수의 전분을 PE, PP와 compound 한 “Reseam ST”로서 제안. 시트 성형품은 종이와 같이 간단히 파쇄 하는 것이 가능하고, 플라스틱과 같은 예리한 단면으로 되지 않는 점이나, 손으로 말아서 버릴 수 있는 것으로 쓰레기의 부피가 줄어 드는 것을 appeal하고, 고객으로부터 제공된 조개 껍데기나 사과의 짜고 남은 앙금 등을 활용한 연구개발도 행하고 있다. Tomoe 공업은 겉겨나 palm유의 짜고 남은 비 가식부를 활용한 compound를 개발하고 있다. ㈜Kawase 수지 공업은, 자사 brand 제조 부문을 분사화(Sun Three㈜)하고, 커피나 차 등의 식품 잔사를 이용하여, 열가소성 elastomer와 compound한 재료를 개발하고 있다.

ReseamST®（レジームST®） - バイオマスプラスチック Reseam｜株式会社コバヤシ

ReseamST®（レジームST®） - バイオマスプラスチック Reseam｜株式会社コバヤシ