开发植物纤维增强塑料，为循环型社会做贡献

塑料树脂和植物源性纤维合成的新材料

松下公司2021年开发出“纤维素纤维复合材料”，该材料是将植物细胞中含有的纤维素纤维与塑料树脂混合而成，如今以“kinari”的商品名进入市场。

──“Kinari”在环境保护方面的意义？

传统的塑料树脂几乎全部来自于石油，最终被燃烧产生二氧化碳。如果你只看开端和结局，就会发现我们只是在把石油变成二氧化碳而已。另一方面，如果树脂来源于植物，即使燃烧后化为二氧化碳，其他植物也会利用这些二氧化碳进行光合作用来生长，从而实现二氧化碳排放和吸收之间的平衡。换句话说，我们可以期待一个不使用石油的循环型社会。此外，纤维素纤维是可以生物降解的，这将有助于减少未降解的塑料流入海洋的数量，有助于解决近年来的海洋塑料问题。

──能否保持作为树脂的性能？

纤维素纤维复合树脂含有构成植物主干的增强纤维，从而增加了它的强度。特别是在刚度（材料或结构在受力时抵抗弹性变形的能力）方面，它比传统的树脂性能更加提高。这意味着在保持同等刚度的情况下，可以在相应减少重量。

在设计方面，也可以实现木质感。基本上，它无须怎么加热就能制作，因此可以抑制复合树脂的褐变，使其颜色保持白色。

左，电子显微镜(SEM)拍摄的成型材料中的纤维素纤维，分辨率为10μm；右，相同纤维素纤维，分辨率为1μm (提供：松下公司)

使用“完全干法工艺”制造时的耗能不到原来的四分之一

滨边等人于2015年开始全面推进纤维素纤维复合树脂的开发工作。后来他们又接受环境省的委托进行“旨在减少纤维素/纳米纤维产品制造过程中二氧化碳排放的技术开发”，加速了这一技术的开发。其研发目标瞄准了被视为核心技术的“完全干法工艺”。

──纤维素纤维是如何研发出来的？

2014年左右，在日本国内开始出现一种名为“纤维素纳米纤维”的新材料。这是将源自纤维素的纸浆纤维使用水和添加剂进行松解后，产生的直径为纳米级的纤维。然后将其烘干并与树脂混合，形成复合材料。

我们关注纤维素纳米纤维已经有一段时间了。与此同时，我们还肩负着开发制造工艺的使命，一直在寻找一种创新的方法来制造出更好的产品。于是，想出的制造方法就是“完全干法工艺”。

──“完全干法工艺”的特点是什么？

它的特点是自始至终不使用水。将作为原材料的纸浆在干燥状态下粉碎，然后将其置于含有塑料树脂和添加剂的树脂熔体中散开，然后被分解，在树脂熔体中被转化为纤维素纤维。就这样，由纸浆纤维和塑料树脂制造出纤维素纤维复合树脂。制造过程中的能源消耗不到原来的四分之一。

──“完全干法工艺”的想法是如何产生的？

这是在一次公司内部讨论中产生的。我们曾经从事过电池材料的开发工作。在当时有一项倡议，是将液体电池材料施加在基底上的工艺转变为干法工艺。如果使用不含液体的干法工艺，可以避免结块，保全电池性能。虽然工作的重点已从电池转向了纤维素纤维，但我们相信，在电池研发时期对“干法工艺”的研究积累也能应用于“完全干法工艺”。

──也就是说松下公司的优势被发挥出来了？

我想是的。我们在电池材料开发方面的专业知识在其他方面也很有用。例如，当我们在研发一种电池材料的研磨技术时获得了某些研磨原理，我们也可以利用这些原理来思考如何研磨含有纤维的纸浆。

──我们还在努力提高纤维素纤维的浓度

我们在2019年确认可以在55%的浓度下成型、在2021年则可以在70%的浓度下成型。在高浓度下成型是完全干法工艺的另一个优势。在完全干法工艺中，纤维的主要部分保持厚实，而尖端部分则被松散开，变得更薄。由于纤维的主要部分不至过于松散，因此易于进入熔融树脂中。

开始应用于吸尘器和随手杯

从2015年开始全面研发4年后，2019年，我们就已经推出了自己的、以及和合作伙伴共同开发的产品。

──贵社的手持吸尘器使用了纤维素纤维复合树脂，能否谈一下其由来？

无论公司内部还是外部都希望手持吸尘器更加轻量化，为了减轻重量，除了纤维素纤维，我们还考虑将玻璃纤维和碳纤维作为候选材料。由于相关产品是垂直放置的，所以重要的一点是，即使跌倒也不会破损或出现裂纹。当我们测试和评估强度时，发现在树脂中加入纤维素纤维后，能够将重量减少约10%，同时保持与其他候选材料相同或更好的强度。于是，我们就决定使用纤维素纤维复合树脂了。

左，由纤维素纤维制成的吸尘器部件；右，装有纤维素纤维部件的吸尘器（提供：松下公司）

──在与朝日啤酒公司的联合开发中，实现了随手杯的商业化

松下公司和朝日啤酒公司都是东京奥运会和残奥会的官方赞助商，因此有交流的机会。借助交流机会我们向他们介绍了一个由纤维素纤维复合树脂制成的原型容器。朝日啤酒公司也意识到了透明塑料容器在各类活动中会被过快扔掉的问题。这便成为我们两家公司联合开发“森林随手杯”的契机。

在2019年的试制品体验活动中，第一杯的啤酒连同随手杯一起以600日元的价格出售，再买第二杯的时候，只需向已有的随手杯注入啤酒，所以价格是500日元。顾客还能把随手杯带回家留做纪念，这也有助于减少资源浪费。

事实上，试制品也达到了意想不到的效果。它使啤酒的起泡性也得到了改善。可能是因为纤维素纤维在随手杯的表面适度形成细小的沟槽，从而产生了细小的气泡，增强了起泡效果。

由纤维素纤维制成的杯子（提供：松下公司）

──纤维素纤维适合于哪些用途？

我们已经在这方面取得了成果，但感觉该材料并不适合所有领域。如果树脂是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，俗称“的确良”）的话，因为其熔点温度高而会烧焦。因此，该材料适用于熔点温度较低的树脂，如聚丙烯。出于这个原因，在假定该材料用于家用电器和建筑材料等的前提下，我们目前正在进行各种测试。

积累小变革，迈向大目标

商业化的例子也已经确立。纤维素纤维复合树脂刚刚迈出了广泛使用的第一步。

──在广泛使用方面有哪些挑战和愿景？

我们希望能够使用更多种类的植物源性原料。例如，我们可以从服装公司购买由植物纤维（如棉花）制成的废旧衣物，并将其加工成纤维素纤维复合树脂，再塑造成衣架以供服装店铺使用。

我们还希望通过与采用我们产品的客户，以及公司内部业务部门等合作，脚踏实地地解决一个又一个问题，向前迈进。目前最重要的问题是如何降低成本。纤维素纤维复合树脂的成本比一般用途的树脂高几倍到几十倍。我们希望通过建立一个大规模生产和销售系统，以达到大幅降低生产成本，并创造一个既能为自己公司，又能面向其他公司提供产品的局面。

──最终目标是什么？

最终，我们希望构建一个不依赖化石燃料，有效利用植物的循环型社会。为了实现这一目标，我们将继续稳步开展工作，哪怕只是一点小小的改进，我们也会对每个产品尝试更换材料。

标题照片：松下公司的高级工程师滨边理史手持该公司开发的纤维素纤维制成的杯子（提供：松下公司）

版权声明：本网站的所有文字内容及图表图片，nippon.com日本网版权所有。未经事先授权，禁止任何形式的转载或部分复制使用。