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- 305-0044 茨城県つくば市並木1-1 [アクセス]
研究内容
- Keywords
ナノコンポジット、層状珪酸塩、モルフォロジー
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
所属学会
高分子学会, 日本化学会, 日本粘土学会
電子・光機能材料研究センター
タイトル
資源循環型高機能材料の開発
キーワード
天然鉱物，粘土鉱物，層状複水酸化物（LDH），リグニン，バイオマス，ナノコンポジット，吸着材料，リサイクル，資源循環技術
概要
資源循環型高機能材料の開発
天然鉱物やバイオマスに内在する潜在機能を開拓し、機能性材料の創製から資源循環までを見据えた材料技術の開発に取り組んでいる。
天然鉱物やバイオマスの構造・表面特性・化学的機能を活用し、リグニンによる高分子材料の高機能化や、粘土ナノシート・ナノチューブ、炭酸カルシウムなどを活用した高性能複合材料・ナノコンポジットの創製を進めている。また、長寿命化とリサイクル性を一体的に設計したプラスチック複合材料の開発に加え、層状複水酸化物（LDH）、粘土鉱物、ゼオライトなどを基盤とする吸着材料により、環境汚染物質の除去やレアアースなどの有用元素の回収・再資源化に取り組んでいる。
これらの研究を通じて、素材の機能を最大限に活用し、材料の高機能化と資源の有効利用を両立する環境調和型材料技術の構築を目指している。
新規性・独創性
● 天然鉱物・バイオマスの潜在機能の開拓：天然鉱物やバイオマスに内在する機能を見いだし、構造・表面・界面特性の制御によって新たな材料機能を創出する
● 素材固有の機能を活かした複合材料設計：リグニン固有の化学構造に由来する抗酸化性・紫外線吸収能や、粘土鉱物の特徴的なナノ構造を活用し、機械的特性と耐久性を兼ね備えた複合材料を設計する
● 長寿命化とリサイクルの一体設計：使用時の性能向上にとどまらず、材料設計の段階から耐久性とリサイクル性を組み込み、使用後の分離・回収・再利用までを見据えた複合材料技術を開発する
● 環境浄化と資源回収・再資源化の融合：無機系吸着材料の構造・表面・層間特性を制御し、環境汚染物質の選択的除去と有用元素の回収・再資源化を実現する
内容
■天然鉱物・バイオマスの潜在機能を活用した高機能複合材料およびナノコンポジット
天然鉱物やバイオマスに内在する構造的・化学的特性に着目し、リグニンの抗酸化性・紫外線吸収能を活用するとともに、粘土ナノシート・ナノチューブや炭酸カルシウムの形状・表面特性・界面相互作用を制御する。これにより、機械的特性、耐久性、機能性に優れた高性能複合材料・ナノコンポジットを開発する。
■長寿命化とリサイクルを両立する循環型プラスチック材料
バイオマスや無機フィラーを活用した材料設計と劣化抑制により、使用時の性能と耐久性を高めるとともに、使用後の樹脂と繊維基材の分離・回収・再利用までを考慮した循環型複合材料技術を開発する。特に、CFRTPでは、常温での樹脂溶解による繊維基材の構造保持型回収と、回収樹脂の再利用を組み合わせた高付加価値リサイクルを目指す。
（上図：従来の樹脂焼却法と、CFRTPの常温溶解による繊維基材の構造保持型回収・樹脂再利用の比較）
■無機系吸着材料による環境浄化と資源循環
汚染物質の選択的除去や、レアアースなどの有用元素の選択的回収を実現する高機能吸着材料を開発する。さらに、廃棄物や未利用資源に含まれる有用成分の回収・再資源化に向けた技術展開を進める。
（下図： (A) LDH系重金属吸着材の吸着機構、(B) Cd吸着後のS3-LDHのSTEM-EDS像）
まとめ
天然鉱物やバイオマスの潜在機能を引き出し、材料の高機能化から環境浄化、資源回収・再資源化までをつなぐ材料技術の創出を目指している。複合材料の長寿命化とリサイクル、無機系吸着材料による環境浄化と有用元素の回収を通じて、素材の新たな価値創出と資源の有効利用を推進し、持続可能な社会の実現に貢献する
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