為循環型社會做出貢獻：電池研發技術衍生出的植物纖維增強塑膠

塑膠樹脂和植物源性纖維合成的新材料

2021年，Panasonic開發出「纖維素纖維複合材料」，該材料是將植物細胞中含有的纖維素纖維與塑膠樹脂混合而成，如今以 「kinari」的商品名進入市場。

—— 「kinari」 在環境保護方面的意義？

傳統的塑膠樹脂幾乎全部來自於石油，最終被燃燒產生二氧化碳。如果你只看開端和結局，就會發現我們只是在把石油變成二氧化碳而已。另一方面，如果樹脂來源於植物，即使燃燒後化為二氧化碳，其他植物也會利用這些二氧化碳進行光合作用來生長，從而實現二氧化碳排放和吸收之間的平衡。換句話說，我們可以期待一個不使用石油的循環型社會。此外，纖維素纖維是可以生物降解的，這將有助於減少未降解的塑膠流入海洋的數量，有助於解決近年來的海洋塑膠問題。

——能否保持作為樹脂的性能？

纖維素纖維複合樹脂含有構成植物主幹的增強纖維，從而增加了它的強度。特別是在剛度（材料或結構在受力時抵抗彈性變形的能力）方面，它比傳統的樹脂性能更加提高。這意味著在保持同等剛度的情況下，可以在相應減少重量。

在設計方面，也可以實現木質感。基本上，它無須怎麼加熱就能製作，因此可以抑制複合樹脂的褐變，使其顏色保持白色。

左，電子顯微鏡（SEM）拍攝的成型材料中的纖維素纖維，解析度為10μm；右，相同纖維素纖維，解析度為1μm （Panasonic提供）

使用「全乾式」製造時的耗能不到原來的4分之1

濱邊等人於2015年開始全面推進纖維素纖維複合樹脂的開發工作。後來他們又接受環境省的委託進行「旨在減少纖維素／奈米纖維產品製造過程中二氧化碳排放的技術開發」，加速了這一技術的開發。其研發目標瞄準了被視為核心技術的「全乾式」。

——纖維素纖維是如何研發出來的？

2014年左右，在日本國內開始出現一種名為「纖維素奈米纖維」的新材料。這是將源自纖維素的紙漿纖維使用水和添加劑進行鬆解後，產生的直徑為奈米級的纖維。然後將其烘乾並與樹脂混合，形成複合材料。

我們關注纖維素奈米纖維已經有一段時間了。與此同時，我們還肩負著開發製造工程的使命，一直在尋找一種創新的方法來製造出更好的產品。於是，想出的製造方法就是「全乾式」。

——「全乾式」的特點是什麼？

它的特點是自始至終不使用水。將作為原材料的紙漿在乾燥狀態下粉碎，然後將其置於含有塑膠樹脂和添加劑的樹脂熔體中散開，然後被分解，在樹脂熔體中被轉化為纖維素纖維。就這樣，由紙漿纖維和塑膠樹脂製造出纖維素纖維複合樹脂。製造過程中的能源消耗不到原來的4分之1。

——「全乾式」的想法是如何產生的？

這是在一次公司內部討論中產生的。我們曾經從事過電池材料的開發工作。在當時有一項倡議，是將液體電池材料施加在基底上的工程轉變為乾式工程。如果使用不含液體的乾式工程，可以避免結塊，保全電池性能。雖然工作的重點已從電池轉向了纖維素纖維，但我們相信，在電池研發時期對「乾式工程」的研究積累也能應用於「全乾式」。

——也就是說Panasonic的優勢被發揮出來了？

我想是的。我們在電池材料開發方面的專業知識在其他方面也很有用。例如，當我們在研發一種電池材料的研磨技術時獲得了某些研磨原理，我們也可以利用這些原理來思考如何研磨含有纖維的紙漿。

——我們還在努力提高纖維素纖維的濃度

我們在2019年確認可以在55%的濃度下成型、在2021年則可以在70%的濃度下成型。在高濃度下成型是全乾式的另一個優勢。在全乾式中，纖維的主要部分保持厚實，而尖端部分則被鬆散開，變得更薄。由於纖維的主要部分不至過於鬆散，因此易於進入熔融樹脂中。

開始應用於吸塵器和隨手杯

從2015年開始全面研發4年後，2019年，我們就已經推出了自己的、以及和合作夥伴共同開發的產品。

——貴社的手持吸塵器使用了纖維素纖維複合樹脂，能否談一下其由來？

無論公司內部還是外部都希望手持吸塵器更加輕量化，為了減輕重量，除了纖維素纖維，我們還考慮將玻璃纖維和碳纖維作為候選材料。由於相關產品是垂直放置的，所以重要的一點是，即使跌倒也不會破損或出現裂紋。當我們測試和評估強度時，發現在樹脂中加入纖維素纖維後，能夠將重量減少約10%，同時保持與其他候選材料相同或更好的強度。於是，我們就決定使用纖維素纖維複合樹脂了。

左，由纖維素纖維製成的吸塵器部件；右，裝有纖維素纖維部件的吸塵器（Panasonic提供）

——在與朝日啤酒公司的聯合開發中，實現了隨手杯的商業化

Panasonic和朝日啤酒公司都是東京奧運帕運的官方贊助商，因此有交流的機會。借助交流機會我們向他們介紹了一個由纖維素纖維複合樹脂製成的原型容器。朝日啤酒公司也意識到了透明塑膠容器在各類活動中會被丟掉的問題。這便成為我們兩家公司聯合開發「森林隨手杯」的契機。

在2019年的試製品體驗活動中，第1杯的啤酒連同隨手杯一起以600日圓的價格出售，再買第2杯的時候，只需向已有的隨手杯注入啤酒，所以價格是500日圓。顧客還能把隨手杯帶回家留做紀念，這也有助於減少資源浪費。

事實上，試製品也達到了意想不到的效果。它使啤酒的起泡性也得到了改善。可能是因為纖維素纖維在隨手杯的表面適度形成細小的溝槽，從而產生了細小的氣泡，增強了起泡效果。

由纖維素纖維製成的杯子（Panasonic提供）

——纖維素纖維適合於哪些用途？

我們已經在這方面取得了成果，但感覺該材料並不適合所有領域。如果樹脂是聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）的話，因為其熔點溫度高而會燒焦。因此，該材料適用於熔點溫度較低的樹脂，如聚丙烯。出於這個原因，在假定該材料用於家用電器和建築材料等的前提下，我們目前正在進行各種測試。

積累小變革，邁向大目標

商業化的例子也已經確立。纖維素纖維複合樹脂剛剛邁出了廣泛使用的第一步。

——在廣泛使用方面有哪些挑戰和願景？

我們希望能夠使用更多種類的植物源原料。例如，我們可以從服裝公司購買由植物纖維（如棉花）製成的廢舊衣物，並將其加工成纖維素纖維複合樹脂，再塑造成衣架以供服裝店鋪使用。

我們還希望通過與採用我們產品的客戶，以及公司內部業務部門等合作，腳踏實地地解決一個又一個問題，向前邁進。目前最重要的問題是如何降低成本。纖維素纖維複合樹脂的成本比一般用途的樹脂高幾倍到幾十倍。我們希望通過建立一個大規模生產和銷售系統，以達到大幅降低生產成本，並創造一個既能為自己公司，又能面向其他公司提供產品的局面。

——最終目標是什麼？

最終，我們希望構建一個不依賴化石燃料，有效利用植物的循環型社會。為了實現這一目標，我們將繼續穩步開展工作，哪怕只是一點小小的改進，我們也會對每個產品嘗試更換材料。

標題照片：Panasonic的高級工程師濱邊理史先生手持該公司開發的纖維素纖維製成的杯子（Panasonic提供）