備受期待 應用萬千的新素材---CNF

 

刊登日期:2017/7/12
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材網編輯室/工研院材化所

原料來自植物的新材料---纖維素奈米纖維(Cellulose Nanofiber;CNF) 近來廣受矚目;從食品、化妝品的添加劑,至機能性薄膜、家電、汽車零組件、住宅建材,甚至產業用機械等範疇,皆存在諸多應用可能性,並有多家材料廠商及製品業者跨界合作,展開CNF的應用開發。

製紙業主導加快實用化進程
目前積極致力於研發CNF與其實用化技術的產業為擁有作為CNF原料的樹木,且握有紙漿加工技術的製紙公司。日本主要製紙企業包括王子Holding、日本製紙、大王製紙、北越紀州製紙、中越紙漿、阿波製紙等。近來受到紙張需求不振影響,各大製紙業者皆為紙產品市場低迷所苦。在現狀難改的情況下,各家製紙公司也不斷調整產品結構,此時CNF的事業化即被視為公司轉型應變的契機。期透過從原料到應用製品一貫化作業之優勢,以CNF帶動企業的轉型與創新發展。製紙業也因此成為日本研發CNF的主導力量,逐步推動整個CNF產業成長。

日本各大製紙公司相繼開始進行CNF製造工廠的設置,不僅研發新製法、追求品質,且加速、積極地進行量產體制的整備,開發競爭亦處於白熱化階段。以下為各大製紙企業投入CNF的研發現況。

日本製紙
日本製紙自2007年起,即與東京大學的磯貝明教授共同參與新能源產業技術總合開發機構(NEDO)之計畫,推動CNF製造技術的開發,利用TEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl)有機化合物對紙漿進行化學處理,開發出紙漿纖維寬度僅3~4nm,高結晶性且金屬離子易於附著於表面之「TEMPO氧化CNF」。並於2015年時將其實用化,首度應用於成人紙尿布的抗菌、除臭清潔墊用途。由於大表面積的CNF上金屬離子密集排列,故可發揮比一般清潔墊高出3倍以上的除臭效果。

近來日本製紙也開始對寵物相關或照護用品等市場進行CNF除臭清潔墊的提案。此外,由於添加CNF之後可提高塗膜強度之特點,日本製紙計畫在今年內達到水性塗料實用化之目標。

此外,日本製紙位於宮城縣石卷工場的CNF量產設備已於今年4月完成建設並已開始運作。石卷工場總投資額為16億日圓,年產能可達500噸,為目前「世界最大規模」的CNF量產廠,預計今年內的稼働率約有10~20%。由於看好CNF的應用需求,2019年的產能利用率可望達到滿載(Full Capacity)。

位於靜岡縣的富士工廠也在6月開始CNF生產實證設備之運轉,年產能約10噸。島根縣的江津工廠則預計在9月完成量產體制之建立,年產能為30~100噸。預估日本製紙3處工廠合計CNF一年最大產能約可達600噸。

再者,各工廠所生產的CNF應用屬性亦不盡相同,石卷工場製造的CNF主要應用於金屬載體材料、透明薄膜、補強材料、阻氣性材料、玻璃替代用樹脂等方面;江津工廠以應用於食品、化妝品等增黏用途範疇為主;富士工廠則是著重在汽車零組件用CNF樹脂複合材料(10%CNF)的製作。

日本製紙積極展開產能擴充,期透過完備的量產體制,加速展開產業佈局。對於纖維素奈米纖維的事業化進展,日本製紙預計2020年時年營收將可擴大至數十億日圓,達到營業黑字化之目標。

王子製紙集團(Oji Holdings Corporation)
日本第一大造紙公司---王子製紙集團在今年6月首度公開該公司纖維素奈米纖維事業化之目標,預計要在2025年左右達到營業額100~200億日圓,其中材料提供方面則目標取得30%左右的市佔率。目前正與200家左右的企業進行CNF相關合作研發中。

王子Holdings位於德島縣的富岡工廠,在2016年12月開始CNF量產,年產能40噸。王子Holdings以其獨家磷酸酯化法(Phosphoric Acid Ester)化學處理所得之CNF具透明性,且有高黏度,已在顯示器面板等平面狀透明薄片方面達到實用化。

此外,王子Holdings更針對製造方法下功夫,利用壓力進行塑形加工,開發出耐熱、耐衝擊之CNF透明薄片,不僅擁有與玻璃相當之透明度和強度,且可立體成形。相較於聚碳酸酯樹脂(Polycarbonate Resin),具有---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。


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