セルロース微粉碎物 - ポリアクリロニトリル複合材料の作製と炭素材料への応用

摘要

セルロースはFig.1に示す化学構造を持つ多糖であり、木材や木綿など古くから、各種材料に用いられている。セルロースをミクロフィブリルよりもさらに細かく粉砕した微粉砕物は、力学特性や低膨張率等の優れた性質を有しており、様々な利活用が検討されている。セルロースをナノレベルまで微粉砕する方法はディスクミルを用いる方法をはじめ様々なものが開発されているが、いずれの方法でもセルロース微粉砕物は低濃度で水に分散した状態で得られる.この水に分散した状態から乾燥させると再分散は困難となる。そのため、ナノレベルの粉砕物を樹脂等に分散させる場合、分散している水中でのセルロースの化学的処理等が必要となる。一方、ポリアクリロニトリルは繊維として広く用いられている合成高分子である。アタリル繊維として広く利用されており、また、炭素繊維の原料として利用されている。ポリアクリロニトリルはチオシアン酸塩の濃厚溶液に溶解し、湿式紡糸により繊維を作製することができる。これを利用して、多量の水に分散したセルロース微粉砕物をポリアクリロニトリルが溶解しているチオシアン酸ナトリウム濃厚溶液に分散させる。そしてチオシアン酸濃度を低下させることにより凝縮してくるポリアクリロニトリル中にセルロースを分散させる。これにより、セルロース微粉砕物を分散させたPAN複合材料を得る。セルロースは炭素材料の原料として広く用いられており、ポリアクリロニトリルは炭素繊維の原料となっている。この複合体は両者の炭化挙動の違いから新しい炭素材料としての物性が期待できる。この複合材料について炭化処理を行い、炭素材料としての性能を評価した。