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ナノファイバー



  ナノファイバーは、超比表面積効果、ナノサイズ効果、超分子配列効果により、多様な性質が発現するため、その製造技術の開発とともに、特性を利用した広範な用途開発研究が進められています。
 製造技術については、例えば量産化、表面修飾、連続紡糸、均一分散化・高配向化、高結晶化、L/D制御、ナノ多層化、ナノリスク回避技術などが課題となっており、その解決のため精力的な研究が行われています。
 応用開発は、環境分野での重要な用途であるエアフィルターをはじめ、太陽電池、二次電池などの蓄電・エネルギー分野、エレクトロニクス分野、触媒などの化学分野、フィラーなどの基礎資材分野、再生医療、薬物徐放などのバイオメディカル分野など多岐にわたっています。このようにナノファイバーテクノロジーは、素材産業の付加価値向上だけではなく幅広い技術分野の発展に寄与することから、近い将来重要な基盤技術になるものと期待されています。
本調査レポートは、このようなナノファイバーの市場、特性、および応用開発の最新の動向をまとめたものです。
    

    □体裁 A4判348ページ
    □価格 本体68,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2014年2月



章 目 次

第1章 総論−ナノファイバー開発の意義と課題
第2章 ナノファイバーの製造技術―材料に適した用途の実現のために
第3章 ナノファイバーの特性−応用展開のための基礎データ
第4章 ナノファイバーの応用、用途−ナノファイバーの実用化に向けて




詳 細 目 次

 
第1章 総論−ナノファイバー開発の意義と課題 1
 1.1 ナノファイバーとは 1
 1.2 ナノファイバーの意義 1
 1.3 ナノファイバーの市場 5
 1.4 ナノファイバーの技術動向 5
  1.4.1 バイオナノファイバー 7
  1.4.2 カーボンナノファイバー 7
  1.4.3 その他のナノファイバー 8
 1.5 ナノファイバーの課題  8
  1.5.1 バイオナノファイバー 9
  1.5.2 カーボンナノファイバー 10
  1.5.3 その他のナノファイバー 10
 1.6 ナノファイバーの安全性(リスク管理) 10
引用文献 12
   
第2章 ナノファイバーの製造技術―材料に適した用途の実現のために 14
 2.1 バイオナノファイバーの製造 14
  2.1.1 植物セルロースナノファイバーの製造 15
   (1)物理的解繊法 16
    A. グラインダー法 16
    B. 混練法 17
    C. 水中衝撃法 17
   (2)化学的解繊法 20
    A. TEMPO(テトラメチルピペリジンオキシルラジカル)処理法 20
    B. 水熱メカノケミカル処理 25
    C. 酵素加水分解 26
    D. 亜塩素酸ナトリウム酸化法(竹ナノファイバーの製造) 27
    E. イオン液体浸漬法(セルロースマイクロファイバーからナノファイバー
     複合材を直接製造する方法) 28
  2.1.2 バクテリアセルロースの合成 29
  2.1.3 キチン・キトサンナノファイバーの製造 34
 2.2 カーボンナノファイバーの製造 36
  2.2.1 化学的気相成長(CVD)法 36
   (1)無触媒プラズマCVD法 37
   (2)触媒熱CVD法 39
   (3)鋳型触媒CVD法(形状制御)  50
   (4)イオン誘起CVD法(成長位置、本数、形状、角度制御) 51
  2.2.2 自己組織化法(液−液界面析出法によるフラーレンナノファイバー作製)  52
  2.2.3 超臨界法(カーボンナノファイバーのグラフェンナノファイバー化) 55
  2.2.4 紡糸法 56
   (1)ポリマーブレンド紡糸法(ナノ溶融分散紡糸法) 56
   (2)エレクトロスピニング法(電界紡糸法) 58
    A. エレクトロスピニングしたメソフェーズピッチの炭化 59
    B. エレクトロスピニングした炭素前駆体ポリマーの炭化 60
    C. ポリアクリロニトリル芯鞘型複合繊維の熱処理による中空カーボン
     ナノファイバー作製 61
   (3)湿式紡糸法 61
 2.3 炭素以外の無機ナノファイバーの製造 63
   (1)粒子成長反応法(アルミナナノファイバーゾル作製) 63
   (2)超臨界水熱法(高結晶性ブロンズ構造TiO2ナノファイバー作製) 64
   (3)鋳型無電解メッキ法(酸化ニッケル極細チューブ作製) 65
   (4)エレクトロスピニング(電界紡糸)法 67
 2.4 有機高分子ナノファイバーの製造 69
  2.4.1 自己組織化法 70
   (1)ゲル化剤の利用 70
   (2)分子の組織化(中空ナノファイバー作製) 72
   (3)電荷移動錯体形成自己組織化 74
   (4)自己結晶化 76
  2.4.2 紡糸法 78
   (1)ポリマーブレンド紡糸法(ナノ溶融分散紡糸法) 79
   (2)複合紡糸法 82
    A. 海島断面複合紡糸(ポリマーナノ長繊維作製) 82
    B. 同心円断面型複合紡糸(屈折率分布型プラスチック光ファイバー作製) 86
   (3)エレクトロスピニング(電界紡糸)法 87
    A. 形態および構造制御 89
     a. 繊維の形態、構造制御 89
     b. 吐出繊維の細化挙動 94
     c. 液晶ポリマーの構造形成 96
    B. 多孔質、芯鞘、中空、異形断面繊維の製造 98
    C. 機能性ポリマーのエレクトロスピニング 101
     a. ポリピロール系導電性高分子 101
     b. ポリビニルカルバゾール系フォトルミネッセンポリマー 102
     c. 生分解性ポリマー 103
    D. エレクトロスピニング装置 105
     a. ノズル式エレクトロスピニング装置 108
     b. チャンネル式(マルチジェット口金)エレクトロスピニング装置 119
     c. フラットサーフェスエレクトロスピニング装置 120
     d. 遠心力利用エレクトロスピニング装置 126
     e. 溶融エレクトロスピニングと他の紡糸法との複合 127
     f. 収集装置(コレクター) 128
   (4)メルトブロー法 133
   (5)湿式紡糸法 136
   (6)割繊(フィブリル化)法 138
   (7)延伸法 138
    A. 炭酸ガスレーザー延伸法 138
    B. 近赤外線延伸法 140
引用文献 142
   
第3章 ナノファイバーの特性−応用展開のための基礎データ 153
 3.1 バイオナノファイバー 153
  3.1.1 セルロースナノファイバー(解繊法、バクテリア法) 153
    A. 植物セルロースの特性 154
    B. 解繊法ナノファイバーおよびその複合物の特性 155
    C. 解繊法ナノファイバーフィルム、シート、紙の特性  160
    D. バクテリア法セルロースの特性 162
  3.1.2 キチンナノファイバー(解繊法) 163
 3.2 カーボンナノファイバー 165
  3.2.1 会合性高分子水溶液中の分散性 165
  3.2.2 複合系における物理化学的特性 166
   (1)分散水の凍結挙動 166
   (2)複合材の溶融粘弾性、成形性、成形物の物性 167
    A. ポリアミド66複合材料 167
    B. ポリカーボネート複合材料 168
    C. ポリメタクリル酸メチル複合材料 170
    D. セラミックス複合材料 171
 3.3 導電性高分子ナノファイバー(エレクトロスピニング法) 173
   3.3.1 MEH-PPV(ポリメトキシエチルヘキソキシフェニレンビニレン) 173
   3.3.2 スルホン化ブロックコポリイミド 174
   3.3.3 ポリアリーレンエーテルスルホン 176
 3.4 その他のナノファイバー(エレクトロスピニング法) 178
  3.4.1 フッ素微粒子添加ポリウレタン(耐油性改善) 178
  3.4.2 ポリ-γ-グルタミン酸(吸着材) 179
  3.4.3 ポリメタクリル酸メチル不織布(特異変形現象) 182
引用文献 182
   
第4章 ナノファイバーの応用、用途−ナノファイバーの実用化に向けて 185
 4.1 ナノファイバーの応用分野 185
 4.2 蓄電・エネルギー用途 187
  4.2.1 二次電池用途 188
   (1)正極材料 188
   (2)負極材料 193
   (3)セパレーター材料 196
  4.2.2 太陽電池用途 198
   (1)電極材料 198
   (2)繊維状太陽電池  202
  4.2.3 燃料電池用途 202
   (1)電極材料 203
   (2)電解質膜 205
   (3)セパレーター材料 207
  4.2.4 キャパシター用途 207
  4.2.5 その他の蓄電、エネルギー用途 210
   (1)フレキシブルバッテリー 210
   (2)ナノファイバー蓄電・発電デバイスを用いた小型シート状センサー 211
   (3)超伝導フラーレンナノファイバー 212
   (4)熱電変換素子 214
 4.3 エレクトロニクス用途 214
  4.3.1 導電性ナノファイバー 215
  4.3.2 エレクトロニクスデバイス 217
   (1)電子部品および電子部品用材料 217
    A. セルロースナノファイバーの利用 217
    B. カーボンナノファイバーの利用 217
     a. 電気回路 217
     b. 電子部品 218
     c. トランジスタ 221
     d. 電子放出源、粒子加速器 223
   (2)人工物メトリクス認証紙 225
   (3)電気化学アクチュエーター 225
   (4)電磁波シールド材および電磁波放射材 229
   (5)走査プローブ探針 230
   (6)材料識別システム 234
   (7)アンモニアガスセンサー 235
 4.4 光学デバイス用途 236
  4.4.1 液晶表示素子 236
  4.4.2 電子放出エミッタ 238
  4.4.3 エレクトロルミネッセンス素子 240
  4.4.4 プラズモン共鳴利用光デバイス 241
  4.4.5 太陽光集熱器 243
  4.4.6 光発熱体および光電素子 243
  4.4.7 発光・発色ファイバー 244
 4.5 化学原料、触媒、結晶核剤、分散剤用途 245
  4.5.1 バイオエタノール原料 245
  4.5.2 触媒および触媒担体 246
  4.5.3 結晶核材 247
  4.5.4 分散剤 248
 4.6 分離、吸着、研磨、清拭用途 248
  4.6.1 分離、吸着用途 248
   (1)エアフィルター 249
   (2)液濾過フィルター 252
   (3)吸着フィルター 257
  4.6.2 研磨、清拭用途 260
   (1)研磨布 260
   (2)ワイピングクロス 261
 4.7 機能性基礎資材用途 262
  4.7.1 機能性膜、フィルム、シート、紙、繊維集合体 263
   (1)高強力、低熱膨張フィルム・シート 263
   (2)光反射防止フィルム 265
   (3)導電性フィルム 265
   (4)記録紙 266
   (5)通気性シート、紙、多孔体 266
   (6)FRP用基材 268
   (7)耐紫外線防汚シート 269
   (8)放射線吸収、遮蔽材 269
   (9)遮熱素材 269
   (10)機能性建材、空調資材 269
  4.7.2 コーティング材 270
   (1)ガスバリア性コーティング材 270
   (2)耐水・耐油性コーティング材 271
   (3)高撥水膜 272
   (4)絶縁性、防汚性コーティング材 273
   (5)耐摩擦性、耐摩耗性改善材(めっき) 275
   (6)表面平滑化光沢付与製紙塗工材 276
  4.7.3 機能性フィラーおよびその複合材 276
   (1)ナノファイバーの分散技術 277
    A. セルロースナノファイバーの分散技術 277
    B. カーボンナノファイバーの分散技術 278
   (2)補強用フィラー 279
    A. セルロースナノファイバーフィラー 279
     a. フィルムの補強 280
     b. 樹脂の補強 282
     c. ゴムの補強 285
    B. 植物性ナノファイバーフィラー(植物油硬化フィルムの補強) 286
    C. キチンナノファイバーフィラー 287
    D. カーボンナノファイバーフィラー 288
     a. 合成樹脂、ゴムの補強 288
     b. 繊維の補強 289
     c. 金属、セラミックスの補強 290
    E. その他のナノファイバーフィラー 295
   (3)機能性付与、改質用フィラー 295
    A. セルロースナノファイバーフィラー(発泡ポリエチレンの均質軽量化) 296
    B. キトサンナノファイバーフィラー(導電性付与) 296
    C. カーボンナノファイバーフィラー 296
     a. 導電性付与 296
     b. 熱電導性付与 297
     c. 耐熱性、耐摩耗性、低摩擦性改善(シール材の性能改善) 297
    D. アルミナナノファイバーゾルフィラー(高分子の熱安定性改善) 300
 4.8 医療・バイオ用途 301
  4.8.1 再生医療、細胞培養足場材 301
   (1)再生医療へのナノファイバーの利用 302
   (2)神経誘導管と末梢性神経の再生(乳酸系ポリマー、キトサンナノファイバー) 306
   (3)肋軟骨細胞再生(キトサンナノファイバー) 310
   (4)骨・歯、血管、皮膚、角膜材料 310
    A. 骨・歯移植材料 311
    B. 人工血管 311
    C. 創傷被覆材 313
    D. 角膜再生材料 313
   (5)微小繊維被覆カバーステント 314
  4.8.2 治療材 315
   (1)ナノファイバー化による抗菌性発現 315
   (2)シクロデキストリン固定感染症予防ナノファイバー(PVA) 316
   (3)潰瘍性大腸炎治療キチンナノファイバー 318
   (4)バイオ系ポリマーナノファイバー不織布創傷被覆材 319
   (5)アレルゲン不活性化ナノファイバーシート(薬剤含有シート) 319
   (6)タンパク質吸着シート(セルロースナノファイバー不織布) 320
  4.8.3 バイオ的評価法、バイオセンサー 321
   (1)検体の極細繊維化による生分解性評価の効率化 321
   (2)長距離伝搬表面プラズモンバイオセンサー(ポリアクリル酸ナノファイバー) 322
   (3)心筋単細胞の張力計測システム(炭素強化グラファイト繊維) 323
   (4)生体反応性カーボンナノチューブ 325
   (5)診断用発光分子内包カーボンナノチューブ 325
  4.8.4 農薬 326
 4.9 化粧用途 327
   (1)ナノファイバー化粧品基材 327
   (2)ナノファイバー毛髪コーティング剤 327
   (3)ナノファイバーコスメ用具 328
   (4)柔らかい風合いの高性能脂取り紙 328
 4.10 食品用途 329
   (1)セルロースナノファイバー食品添加剤 329
   (2)キチンナノファイバーの機能性食品への利用 329
 4.11 衣料・布帛用途 329
   (1)高強度長繊維ポリエステルナノファイバーの機能性衣料用途開発 329
    A. ゴルフグローブ 330
    B. 吸汗速乾性下着(クーリングシャツ) 330
    C. 健康下着(低圧迫感運動負荷向上パンツ、低肌刺激性下着) 331
    D. ネッククーラー 333
    E. フェイスマスク 333
    F. 遮熱傘(日傘) 333
    G. 消臭ミシン糸 333
   (2)ナノファイバー通気性防水不織布 333
   (3)風合い、制電性、染色性の優れたナノファイバーとその織編物 333
   (4)光沢性ナノファイバー布帛 334
引用文献 334


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