炭化は、木材や繊維などの生物質を高温で加熱して炭素を抽出することで、炭を生産する技術です。炭を軸にした生分解性樹脂のビジネスモデルは、炭化した炭を原料として、生分解性樹脂を生産し、それを使って製品を作ることです。このような樹脂製品は、廃棄物の処理や環境保護に貢献すると考えられており、将来的には持続可能な環境に貢献する可能性があります。
炭を原料にした熱可塑性樹脂は、主に二つの方法で製造されます。
1つは、炭を原料として、炭素ナノチューブ(CNT)を製造し、それを添加剤として使用して、樹脂に混合することです。 CNTは、高強度、高耐熱性、および高導電性を持ち、熱可塑性樹脂に添加することで、その機能を向上させることができます。
もう1つは、炭を原料として、樹脂に混合して炭素繊維を製造することです。炭素繊維は、高強度、高耐熱性、および高寸法安定性を持ち、熱可塑性樹脂に混合することで、その機能を向上させることができます。
炭の粉末とデンプンから作る樹脂は、持続可能な素材として注目されています。炭粉末は、炭化した木材や繊維などの生物質を粉砕して得られるもので、低コストで入手できます。デンプンは、穀物や植物の根、茎、種子などから抽出することができ、バイオマスリソースとして利用可能です。
これらの両方の素材を混合して樹脂を製造することで、資源の有効活用が可能になり、環境負荷を軽減することが期待されます。炭粉末とデンプンから作られる樹脂は、一般的には、低強度であることが多いですが、特殊な処理を施すことで強度を上げることができます。また、炭粉末は火災防止や抗菌性など特殊な性質を持っているため、それらの特長を活かした製品の開発に期待が寄せられています。
ここから一歩進んで炭をフィラーではなく主体とした樹脂の可能性も研究されています。炭の粉末とデンプン(バインダー)から作る樹脂は、資源の有効活用が可能で、環境負荷を軽減することが期待されていますが、それでもいくつかの課題があります。
1つは、炭粉末とデンプンの混合比率を調整することが難しいことです。炭粉末は、比重が重く、硬度も高いため、デンプンとの混合によって、樹脂の粘度や硬さが変化し、加工性が悪くなる可能性があります。
2つ目は、炭粉末は粉末状の素材であるため、混合や成形時に粉塵が発生し、呼吸器官や眼に負担をかけることがあることです。
3つ目は、炭粉末は炭化した木材や繊維などの生物質を粉砕して得られるものであるため、高温で加工すると炭化程度が変化し、樹脂の性質が変化することがあることです。
4つ目は、炭粉末とデンプンから作られる樹脂は一般的には、低強度であることが多いですが、特殊な処理を施すことで強度を上げることができますが、それには費用がかかることです。
これらの課題を克服するためには、炭粉末とデンプンの混合比率を研究し、最適な比率を見つけること、粉塵の問題を解決するための技術の開発、樹脂の性質を維持するための加工技術の開発などが必要です。
炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究は、環境や資源の観点から注目を集めており、様々な企業や研究所が取り組んでいます。
特に、日本や中国、韓国など東アジア諸国では炭素資源の乏しさから、炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究が盛んに行われています。これらの国では、政府や産業界が協力して研究開発に取り組んでおり、技術の進歩が期待されています。
また、米国や欧州では、炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究も行われており、大手化学メーカーや研究所などが取り組んでいます。
炭を原料とした熱可塑性樹脂に関する研究は、国や地域によっても異なりますが、様々な企業や研究所が取り組んでおり、将来的にはより高性能な材料の開発が期待されています。
Made of Airは、ベルリンにあるクリーンテクノロジー企業です。彼らは、炭を使った製品の開発に取り組んでいます。主に、炭を使った構造材料に関して研究開発を行っています。その特徴は90%が大気中の炭素 (温室効果ガスから生じる固体) でできた材料化合物を発明した点にあります。彼らの製品は、軽量で高強度、そして環境に優しいと評判です。また、彼らは、炭素繊維を使った製品の開発において、従来の技術に比べてより低炭素な生産方法を採用しているとされています。Made of Airについての特許情報については分かりません。特許はプライバシーや商業的な理由で公には公開されていないことが一般的です。また、特許申請の手続きは長期間を要し、申請から公開までに数年かかることがあります。
炭とデンプンを原料とした樹脂の製造方法は、樹脂化学における標準的なプロセスに基づいています。その一般的な手順は次のとおりです。
炭とデンプンを原料として、炭酸カルシウム(CaCO3)を加えて混合する。
混合物を加熱し、酸化し、酸素を加えることで、樹脂を生成する。
生成した樹脂を粉砕し、粉末状にし、樹脂の細かさ、粒度、形状などを調整する。
このような方法は、炭とデンプンを原料とした樹脂を製造するにあたり、技術的な課題があります。例えば、樹脂の生成過程での、不純物の影響、樹脂の品質の一定性などがあります。 また、炭とデンプンを原料とした樹脂は、生分解性が高いため環境に優しい製品になりうるが、その製造コストは高いことがあります。
なお,樹脂を成形するために、樹脂を加熱し,押し出したり射出したりして成形することができ,成形した樹脂を冷却して固化させ、完成品を得ることができます。
炭とデンプンの樹脂では、炭素を質量ベースで高めることができる範囲は異なります。研究によっては炭素含有率が50%以上になることが示されていることもありますが、一般的には30%から40%程度が限界とされています。
ただし、炭素含有率が高いほど、樹脂の性能は良くなりますが、製造コストも高くなると考えられます。また、炭素含有率が高い樹脂は、熱的安定性や機械的強度が低くなることがあるため、アプリケーションに応じて最適な炭素含有率を選定することが重要です。
炭とデンプンの樹脂は、様々な産業において使用されています。特に、炭素含有率が高い樹脂は、熱的安定性や機械的強度が高く、電気的特性も良好であるため、様々な用途に使用されています。
その中でも、炭とデンプンの樹脂は、特にフィラーとして使用されることが多いです。フィラーは、樹脂や金属などを強化するために使用され、炭とデンプンの樹脂は、高い熱的安定性や機械的強度を持つため、様々な産業において使用されています。
例えば、自動車や航空宇宙産業においては、炭とデンプンの樹脂をフィラーとして使用して、車体や機体などの高温環境に対する耐久性を高めることができます。また、電気産業においては、炭とデンプンの樹脂をフィラーとして使用して、電気的特性を改善することができます。
炭とデンプンの樹脂は、建材にも使用することができます。炭とデンプンの樹脂は、高い熱的安定性や機械的強度を持つため、様々な産業において使用されています。建材においては、炭とデンプンの樹脂を用いた建材は、耐火性や耐久性に優れ、防火性能を高めることができます。また、炭とデンプンの樹脂は、保温性能にも優れ、断熱材としても使用することができます。ただし、炭とデンプンの樹脂は、生分解性が低いため、環境に配慮した建材として使用することは難しいです。現在では、炭素を含む環境に配慮した樹脂の開発が進められています。