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ビジョン
2050年の脱炭素社会の実現に向けて、バイオマス由来の補強材（フィラー）と樹脂を混錬し複合化したバイオマスプラスチックの活用が注目されています。身近なバイオマス資源であるもみ殻を炭化し、もみ殻炭が併せもつ炭素・ケイ素ハイブリット構造と多孔質構造の特性を活用したバイオマスフィラーによる高分子複合材料の開発を行います。自動車製品、家電製品用プラスチックにはフィラーとしてカーボンブラック（CB）やケイ素含有のタルク（鉱物）が多く含まれており、もみ殻炭によるバイオマスフィラーへ転換することで環境調和性と機能性の向上が実現可能な材料開発を目指します。
最終用途例
APPLICATION
CBに比べ比表面積が10倍以上のもみ殻炭の活用で、引張特性（のび）の優れた高分子材料開発を可能にします。さらに、マテリアルリサイクル時に課題となっているCBの凝集挙動を回避することが可能となります。
強み
産業廃棄物として単にもみ殻炭を取り入れた複合材料では強度やのびが保証できない材料設計でしたが、適正な調製条件によりポリマーとフィラーの接着性や高分子結晶性を制御することで強度やのびなどの機能性向上が図れる材料設計を実現します。
もみ殻炭は800℃以下の焼成温度に対しては非晶性シリカ成分を含む炭素・ケイ素ハイブリット構造を有するバイオマスフィラーであり、一般的な樹脂の混錬温度である250～300℃においては熱による変性のリスクのない安定した材料であるためマテリアルリサイクル用途の材料として活用できます。
テクノロジー
もみ殻炭の炭素・ケイ素のハイブリット構造と多孔質構造という天然のユニークな特性は、適正な処理により樹脂との接着性を向上させ、樹脂の剛性を付与することが期待できます。樹脂ともみ殻炭との接着性や剛性に寄与する支配因子について、機器分析による組成分析結果と力学的物性評価の相関を機械学習を用いて解明します。さらに、カーボンブラック（CB）やタルク（鉱物）に比べ、結晶化挙動を緩和させる核剤効果を示すため、リサイクル時の樹脂の再融解による再結晶化挙動を制御可能にするバイオマス材料となり、効果的なマテリアルリサイクルへの活用が期待できます。
共同研究仮説
もみ殻を焼成し、炭化する際の排出エネルギーを効率よく循環する知見に乏しく、エネルギー循環に関する技術開発においても共同研究を実施する必要があると考えております。さらに、嵩高く、軽量の産業廃棄物を低コストで機能性材料へと変換していくプロセスにおいても共創していきたいと考えております。
もみ殻炭の多孔質構造はバイオマスフィラーのみならず、活性炭としての特性もあるため、ガス吸着膜や分離膜、建材、自動車などの断熱・吸音材、あるいは電極材料などのバッテリー製品への応用も可能であり、高分子複合材料とは別の専門性が必要です。企業の皆さまのご知見と共に研究を推進したいと考えています。
研究者
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