成果報告書詳細
管理番号20110000001349
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 革新的部材産業創出プログラム/新産業創造高度部材基盤技術開発/先端機能発現型新構造繊維部材基盤技術の開発
公開日2012/1/11
報告書年度2006 - 2010
委託先名国立大学法人東京工業大学
プロジェクト番号P06030
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約1.電界紡糸法における繊維高機能化、大型装置化技術の開発 : (1)大型電界紡糸装置基盤技術の開発 : 助成企業の助言をもとに高性能ノズル、乾燥及び溶媒・繊維塵回収、メインフレーム、電源及び電界制御、流体制御の技術開発を行った。この結果直径が50nm、ばらつきが20%以下、製造速度が不織布状材料で60m/分、コーティングで300m/分、フィラメントで60m/分が達成可能となった。また微小部コーティング、3次元コーティング及び3次元成型大型装置の開発を行った。 : (2)電界紡糸法における繊維高機能化技術の開発 : ポリウレタン、ポリアクリル二トリル、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン、アラミド、セルロース、イオン交換ポリマー、カーボン、無機材料等に関して超極細繊維の製造と繊維径、繊維径分布、空孔径、目付等の観察を行いエアフィルター、水処理フィルター、医療・衛生部材等に必要な機能性について検討した。ラットを使用して、ポリアクリルニトリルの短繊維状超極細繊維の安全性を検証した。ナノファイバーに関わる有機エレクトロニックス、カーボンナノ材料、バイオ材料、フレキシブルエレクトロニクス、ウェアラブルエレクトロニクスの研究開発状況に関して欧州・米国への海外調査を実施した。また、助成企業への助言・共同実験も積極的に行い、実用化技術開発における研究開発の促進を図った。 : 2.ナノ溶融分散紡糸法による炭素超極細繊維製造技術の開発 : 細繊化に関しては、100nmを達成し、比表面積に関しては、リグニン繊維の沃素処理により賦活処理無しで1500m2/gを達成した。また、量産化の要素技術の検討を行い、「溶剤マトリックス除去法」を開発してピッチ繊維を単離する事に成功した。本繊維を凍結乾燥する事により、焼成工程での繊維の飛散を抑制し、不融化時間を1/10に短縮し、且つ繊維表面の付着物を解消した。得られた高伝導性あるいは高比表面積CNFを垂直連携企業に供給した。本方法はコストダウンと量産化に有効である。カーボン極細繊維の生体(肺)への安全性を調べた。量産化の要素技術としてヨウ素処理の問題点の解決、並びに焼成工程での繊維の融着による高次構造の解消と融着防止の検討を進め、垂直連携企業に多量のCNFを提供した。 : 3.ナノファイバーイノベーション創出NEDO特別講座 : (1)周辺研究の実施 : ナノファイバーの電極材料や光学材料の開発、ナノファイバー材料の基礎研究を行った。電極材料では、これまでの電界紡糸カーボンナノファイバーについて報告されていた電気伝導性より4倍大きな値を示す材料の作製に成功した。またアカデミックロードマップを作成した。 : (2)人材育成 : 大学院講義「ナノファイバーイノベーション創出」を開講し、当講座教員に加え、経産省、産総研、米・カリフォルニア大サンタバーバラ校、ロチェスター大、独・ライプニッツ高分子研究所からノーベル化学賞受賞者を含む非常勤講師を招聘し、ナノファイバーの基礎やナノ材料の安全性から、計算機科学の利用、ナノ材料のエネルギー・ハーベスト分野やバイオ分野への応用、科学技術政策までを含む内容の講義を行った。人材育成の一環として当講座の若手教員による周辺研究を実施した。地域セクターでの技術指導をおこなった。 : (3)人的交流 : ナノファイバーの基礎とエネルギー・ハーベスト分野への応用に関して、米・イリノイ大シカゴ校およびオーストリア・ヨハネスケプラー大から講師を招聘し、2件の講演会を開催した。
英文要約I. “The development of technologies on advanced functional fibrous materials and larger-scale equipment with the electrospinning method” : 1. The development of basic technology on the larger-scale equipment of electrospinning : The technology developments of high performance nozzle, main frame, drying and recovery system, power source ,and electric field and fluid control for a large scale equipment were performed. The numerical targets, which are 50nm of fiber diameter with 20% deviation, and 60m/min for non-woven fabric, 300m/min for coating and 60m/min for filament yarn in production speeds, are attained. The developments of large scale equipments for fine part coating, for three dimensional coating and for three dimensional molding were performed. : 2. The development of technologies on advanced functional fibrous materials with the electrospinning method: Nanofibers of poly(urethane, urethane, acrylonitrile, vinylidine difluoride, ether sulphone, ethylene terephthalate, propylene, and ethylene), nylon, aramid, cellulose, ion-exchange polymers, inorganic materials and carbon were produced and their fiber diameters, distribution, pore size and fabric density were estimated in order to use as airfilter, water filter, and medical and sanitary applications. Safety on short nanofibers of poly (acrylonitrile) was examined by using rat lugs. Survey of nanofiber technologies in EU and US was carried out to clarify the future research of nanofibers. The consultant to and cooperative experiment with the companies who were participating in this project were also done actively in order to accelerate the research and development in technologies on practical utilization.
II. “The development of technologies on a superfine carbon fiber production process using the nano melt dispersion spinning method” : We attained the target values as 100nm in fiber diameter, 1/10 of the stabilization period and 1500m2/g of the specific surface area. While we developed the new matrix removal method under reduced atmosphere, we developed a more sophisticated technology to remove the matrix before the stabilization of pitch fiber. We also developed a freeze dry method, which could attain soft agglomeration of pitch fiber and succeeded in to avoid the dispersion of the fiber during stabilization and carbonization process. We produced highly graphitized carbon nanofiber and/or porous carbon nanofiber and supplied it to two groups of collaboration industries. : Safety of carbon nanofiber was examined by using rat lugs. : III. “NEDO special course for innovations in nanofibers” : To lead breakthrough in science and technology of nanofiber, we tried to develop (a) the nanofiber-based electrodes and (b) optical materials, and (c) fundamental studies (d)academic road map. We succeeded to prepare highly conductive carbon nanotube (CNT)/ carbon composite nanofiber yarns by electrospinning. : To develop human resources, a series of lectures on innovation in nanofibers was given on autumn semester at the graduate school of science and engineering, and technical guidance in regional sector., Tokyo Tech. Lectures including a Nobel Prize laureate were from the domestic and foreign agencies and universities such as METI (Japan), AIST (Japan), U. of California Santa Barbara (USA), U. Rochester (USA), Leibniz Inst. of Polym. Res. Dresden (Germany). To establish human network, two lecture meetings were held.
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