王子ホールディングス

セルロースナノファイバー（CNF)

Cellulose Nano Fiber AUROVISCO Series / AUROVEIL Series

セルロースナノファイバー（Cellulose NanoFiber：以下CNF）は、木質繊維（パルプ）をナノオーダー（1mm の百万分の一）にまで微細化（以下ナノ化）したものです。
CNF は、透明で、軽くて丈夫、変形に強く、また、高い増粘効果を有する優れた材料として、プラスチックやカーボンブラック、その他、従来素材に対しての置換や新機能付与等、多くの分野での活躍が期待できます。

王子のセルロースナノファイバー

セルロースナノファイバー（CNF） は、紙の原料である木質繊維をナノ単位（nm） にまで微細化したバイオマス素材です。

樹木からバルブを経て解繊し、セルロースナノファイバー（CNF）になる過程を示す図。繊維幅は樹木から30μm、最終的にCNFでは3nm（完全ナノ化）になる。

王子のリン酸エステル化CNF

王子グループでは、製造時の微細化エネルギーを低減する有効な手法として「リン酸エステル化法」を採用しています。この方法により従来に比べ高い生産効率で高品質（高透明・高粘度・チキソ性）なCNFの製造が可能になりました。2017年に王子製紙富岡工場内においてCNF実証製造設備の稼動を開始しています。

現在は、透明CNFスラリー「AUROVISCO（アウロ・ヴィスコ）」、粗大CNFスラリーなどの多彩なCNF製造を行い、積極的なサンプル提供と事業化のための用途開発をすすめています。

セルロースナノファイバー（CNF）の製造過程を示す図。パルプから結晶表面の修飾、リン酸基の導入、静電反発を利用して機械処理し、少ないエネルギーで完全ナノ化（高透明・高粘度）する過程が説明されている。
解繊メカニズム
王子のリン酸エステル化CNFのカタログダウンロード[847KB]
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セルロース製品ラインナップ

社会の変化や顧客の要望に応じ、CNF からパルプまで、セルロース素材を効果的に活用する開発を進めています。

セルロースナノファイバー（CNF）の特徴を示す図。高粘度、透明性、分散安定性、寸法安定性・熱安定性、軽量、柔軟性、高機械強度・高弾性率、チキソ性が記載されている。
機能を強化するために、適切な用途に使用できるセルロース素材の提案が可能です。

CNF スラリー『AUROVISCO（アウロ・ヴィスコ）』

「AUROVISCO（アウロ・ヴィスコ）」は繊維幅約3nm の超微細化木質繊維セルロースナノファイバー（CNF）の水分散体です。非常に高粘度で、チキソトロピー性を有するなどの特徴的な物性があり、様々な分野での活用が期待されています。また、透明度が高いため意匠性や透明性が求められる材料に添加することができます。

  1. 高透明
  2. 高粘度
  3. 高チキソ
  4. pH安定／耐塩性
  • 高粘度品（固形分 ～ 2wt％、pH8～10※）
    • ※ 一般的な天然の増粘剤と比較して高い粘度を有するため、少量の添加で高い増粘効果を付与できます。
  • 低粘度品・高濃度品のカスタマイズも検討可能です。お問い合わせください。
  • 疎水CNFスラリー（開発品）もございますので、有機溶剤との分散検討のご要望もお問い合わせください。
セルロースナノファイバースラリー（CNFスラリー）の粘度特性を示す図。従来の天然系増粘剤（キサンタンガム、グァーガム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース）を上回る高い粘度を示している。右側には濃度0.4wt%と2wt%のCNFスラリーの比較画像が表示され、水より重たいサスペンションを高粘度で保持できることが示されている。
高いチキソ性を示す図。左側に透明CNFスラリー（高粘度品、標準品、低粘度品）のせん断速度と粘度の関係を示すグラフがあり、右側ではキサンタンガムとCNFスラリーを比較し、CNFスラリーが液だれしない特性が示されている。

特長・用途例

  • 少量高粘度・成分均質化、高いチキソ性による液だれ防止　…　塗料・インク・化成品
  • 高粘度だがべたつかない、天然由来　…　化粧品・ビューティケア
セルロースナノファイバー（CNF）の用途例を示す画像。左から塗料、化粧品、スプレー製品におけるCNFの活用が示されている。
CNFスラリーのカタログダウンロード[781KB]
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疎水性CNFパウダー… 開発品

CNF は極めて親水性が強いため、有機溶剤や樹脂と馴染みにくい性質があります。

王子グループでは、独自技術によってCNF の水分量を低減し、固形分を最大90wt% にまで高めた「疎水性CNFパウダー」を開発しました。

これにより、従来困難であった様々な有機溶剤へのCNF 分散に成功しました。この分散液は水分散液と同様に、高透明かつ高粘度ですので、樹脂との複合による弾性率向上や、塗料、インキのレオロジー改善のほか、各種有機溶剤合成などへの応用が期待されます。

  1. 疎水性
  2. 有機溶剤適正
  3. 高透明
  4. 高粘度
  5. 高強度

特長・用途例

  • 有機溶剤に分散／弾性率向上・高粘度化　…　電子基板向け、エレクトロニクス向けの溶媒など
有機溶剤に分散可能な疎水性CNFのフロー図。左側に「疎水性CNF（パウダー形態）」と「有機溶剤」の項目があり、矢印で右側の「高透明・高粘度な分散液」へ繋がっています。疎水性CNFのパウダーと分散液の写真がそれぞれ表示されています。
パウダーのカタログダウンロード[588KB]
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CNF シート『AUROVEIL（アウロ・ヴェール）』

繊維幅3nmの完全ナノ化されたCNFを用いた透明連続シートを製造する技術を王子グループは世界で初めて確立しました。

CNF透明シート「AUROVEIL（アウロ・ヴェール）」は、バイオマス、木質原料でありながらガラス並みの透明度・寸法安定性を誇ります。さらに、高強度、高弾性率、良好なフレキシブル性が特長です。

  1. 高透明
  2. 低膨張
  3. 高強度
  4. 柔軟性
  5. ガスバリア
CNFシートの性能比較を示す図。左から熱寸法安定性、機械強度、酸素透過度のグラフが表示されている。CNFシートはPETやTACと比較して高い寸法安定性と機械強度、低い酸素透過度を示している。

他材料との複合化により、CNFシートの持つ特性を付与し、更なる機能化が可能です。

特長・用途例

  • 透明なサステナブルマテリアル、高強度、高機能　…　ライフスタイル関連製品
  • サステナブルマテリアル、高耐熱、寸法安定性　…　エレクトロニクス関連製品
  • 透明部材の軽量化、環境対応　…　自動車部品、デジタルサイネージ

複合例①：CNF複合樹脂ガラス

＜コンセプト＞
セルロースナノファイバーシート（アウロ・ヴェール）と「ポリカーボネート」「アクリル」等の樹脂を複合させる技術を確立しました。それぞれの材料の特長を生かしつつ石化材料・プラスチック材料を減らす環境配慮型複合材です。

【検討】

CNF と透明樹脂を溶融混錬する場合、熱によるCNF の劣化や分散不良といった課題があります。そこで、透明性、機械強度、寸法安定性のあるCNF シートを貼合することで、透明樹脂と複合化しました。

CNF複合樹脂ガラスの構成図。ポリカーボネートやアクリルなどの透明樹脂を挟み込む形で上下にCNFシートが配置され、CNFシートの厚み調整によって補強効果を調整可能であることが示されている。
【結果】

CNF シートを貼合するだけで、透明樹脂の透明性を保持したまま、弾性率向上と熱膨張率低減を実現、耐久品質評価(90℃×720 h)の結果、色差は⊿E を3 以下に抑えることができました。また、デュポン衝撃試験（1kg*50cm 高さ、常温）で割れることもありませんでした。

ポリカーボネート単体とCNF複合樹脂ガラスの物性比較表。曲げ弾性率はポリカーボネート単体の約2倍（4040～4205 MPa）、熱膨張係数は半分（26～39 ppm/℃）であることが示されている。ナノセルロース・ビークル（NCV）の部材画像。左にルーフパネル部材、右にリアウィンドウ部材が表示され、中央には完成した車両の写真が示されている。

複合例②：木材とCNFの複合化

“新たな打感”の卓球ラケット

ラケットのベース素材である木材と、当社CNFシートを複合化することにより、新しい領域の“反発力と弾力” を備えた卓球ラケットが誕生しました。

卓球ラケットにCNFシートを使用したことを示す画像。表面板の下にCNFシートが配置されており、拡大図でその構造が示されている。下部にはユーザー（卓球選手）の使用感が記載されている。
ユーザーの要望に合わせた最適なシート設計

厚みがコントロールできる当社独自のCNF シート化技術で、軽量化と打感（反発力・弾力・強度など）を兼ね揃えたスポーツギアのデザインが可能になりました。

CNFシートのカタログダウンロード[526KB]
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天然ゴム×CNF：ゴム複合マスターバッチ

独自のリン酸エステル化CNF と天然ゴムを複合化したゴム複合マスターバッチです。少量添加でも弾性率を向上させ、優れた強度、伸びを付与できることから、石油由来であるカーボンブラック（以下：CB）使用量の低減が期待できる環境配慮型材料です。

  1. バイオマス素材
  2. 機能性向上
  3. 省エネ・耐久性
  4. デザイン性
天然ゴムとカーボンブラックを組み合わせた材料を、すべて天然素材（ALL天然素材）に置き換えた図。天然ゴムとCNF（天然素材）を組み合わせた新たな材料が示されている。
CB（カーボンブラック）とCNF20phr/ゴムの硬さと伸びを比較したグラフ。上部の硬さではCB並みの性能、下部の伸びではCBの130%に達する高い性能を示している。

特長・用途例

  • バイオマス化度UP … タイヤ等の環境配慮型コンセプトのゴム製品
  • 高強度、優れた伸び … CB、シリカ添加のゴム製品全般
  • 省エネ、軽量化 … タイヤ、自動車用ゴム製品、靴底
  • デザイン性 … カラーゴム製品
天然ゴムとCNFの用途例を示す画像。左から自動車用タイヤ、靴のソールなど一般ゴム製品、防振ゴムなどの工業製品が表示されている。
天然ゴム×CNF：ゴム複合マスターバッチのカタログダウンロード[1,235KB]
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