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在CNF之类的新型原材料开发中，正活跃的超微粒磨碎机“SUPER MASSCOLLOIDER”

现在，在新型原材料开发领域中有一个备受瞩目，那就是纤维素纳米纤维（CNF）。CNF是将木材纤维（纸浆）高度细微化成纳米等级的最先进的生物原材料，具备环保、重量轻、高强度的特性，首先被用于汽车、飞机的纳米复合材料部品，在电子设备、食品、医药、化妆品、卫生用品之类的领域的应用也备受期待。所开发的这种制造CNF的设备“SUPER MASSCOLLOIDER”，这个月为止已经出口到世界40个国家，并且得到了高度好评，增幸产业株式会社的增田幸也先生谈到了下届量产型的CNF制造设备开发的近况。

 

---编辑部---

用SUPER MASSCOLLOIDER处理的CNF原料（超微粉体、凝胶状）以及CNF成形品样品

---CNF作为最先进原材料的前景---

---最近，经常听到纤维素纳米纤维之类的新型原材料开发的新闻。这种CNF的制造，贵公司的“SUPER MASSCOLLOIDER”，当然不止在国内，在世界各国的原材料开发领域也经常被广泛应用。从很早就开始挑战制造CNF的设备，从取得实际业绩的经验开始，这种新型原材料CNF的发展前景、市场的开拓方面，请谈谈您的看法。

 

增田：说到CNF，这5年左右超微粒磨碎机所出口到的国家，半年前左右已经达到36个国家。这之后，也接收了相当多的订单，到目前为止应该有超过40个国家了。但是，这些几乎都是用来研究用的桌上型和小规模生产用的超微粒磨碎机“SUPER MASSCOLLOIDER”，每小时超过1吨的大型的实用机、生产机也并不多。

     原材料产业界，很多的企业都处于增长的状态，但生产量却是天壤之别。到目前为止相关连程度比较深的食品业，既有人提到“我们公司不需要这么大型的机械，每小时最大1吨的处理能力已经足够了”，同时在原材料产业中，针对即使是我们公司所拥有的最大的处理能力机型“MKB20-100J”(100马力)，也有人提出“难道只有这些像玩具一样的机器吗？”、“难道不能配上3千马力或者5千马力的马达吗？”

    　根据实际的生产规模，每小时达到最大1吨的处理能力的机器不摆上几十台，就无法赶上那样的生产量，这就是我们公司的现状。这也就意味着，在现在这样非常大规模的市场，达到这样的生产规模，机器是否能够跟得上，这是现在当下的“疑问”。

 

---CNF的市场，有人预测2030年规模会超过1万亿日元。用途可用在飞机或者汽车之类的新型原材料，高功能轮胎、各种的复合材料、食品、化妆品、尿布之类的卫生用品等各种各样的市场。国土的70%是森林，从某种意义上而言，日本也可以成为资源大国。这样一来，与这些相关连的CNF的制造方面，在量产技术上就显得很重要。针对最大的量产化技术问题，以及机械的大型化、效率化、性能之类的课题，请谈谈您的看法。

 

增田：如果想在处理能力上进行提高 ，根据我们现在的情况，最终也只有加大砥石的直径和提升转数这2种方法。这些也都是有限度的，需要进行高额的设备投资。到目前为止，从像这样的物理及机械上的想法进行设备开发，这样经过稍微改变，不仅仅是对砥石的直径进行加大，即使直径小也能够提高效率，提升转数也不会使砥石损坏，进而开发磨碎效率高的砥石，会按照这个方向进行摸索。

      接受了国家的“制造援助金认定”，用小型的CNF制造机试作高速旋转机，现在处于反复测试中。很幸运的是，和原来的机器相比，预期会达到5-10倍的能力。现在是桌上型的小型机，下个年度将作为生产机型，更容易进行实际验证试验，正考虑开发接近量产型、更加高一个级别的机器。

 

 

---在CNF量产化方面，对超微粒磨碎机的期待

---CNF因为是纳米等级，就机械性而言，物理上磨碎到纳米等级需要相当的的能量，而且在制造成本上，达到实用化所要走的路程也很严峻。但是，大学的研究室或各研究机关，正在利用例如，TEMPO催化剂氧化处理法或磷酸脂化法、水热机械化学处理、氧和湿式粉碎机共用方法等面向实用化的研究也正在开展中。在这些当中，平成26年3月的TOCLAS（株）所出具的“未利用来自生物的纳米纤维和FRP废料的复合材料、以及小批量生产系统的开发相关的实际验证试验”的报告书里，在“量产基础的实际验证”中出具了使用“SUPER MASSCOLLOIDER”的实验报告书。

   以我作为一个外行的判断，从这份报告书中，我认为“SUPER MASSCOLLOIDER”作为CNF的量产机，相当有发展前景，您是怎么看的？

 

增田：是的。木材的纤维素经过化学上的处理，物理上经过磨碎机之类进行纳米化，效率非常高。但是，经过化学处理的产品和经过物理处理的CNF，在功能上是否处于同一个级别，另外，通过使用化学物质，能够对环境不造成负担吗？这些也都是现在开始研究的课题。

     只用超微粒磨碎机制作 CNF，我专门针对这个进行研究开发。使用酵素进行纳米化，像这种都是很早以前的技术。

     “从机械厂的立场对CNF今后的预期”，关于这个，去年经济产业省的人员也过来询问过。那个时候，说实话觉得很不可思议，为何现在来询问这样的话题。30年以前就已进行很多研究，在国际学会上也已发表过，难道是时间过得太快了吗。

 

---“SUPER MASSCOLLOIDER”称为磨碎机的完成品

--- SUPER MASSCOLLOIDER的原理或构造、性能之类，能简单进行说明吗？

 

增田：在型录中也有，去年开发并得到好评的第四代“SUPER MASSCOLLOIDERⅣ”（照片2）的心脏部位的内部构造和砥石的照片，在原理上，基本与以前并无多大改变。在安全性和使用便利上都有很大进步。增加了符合CE标记、KCS标记、UL之类的世界基准的安全性，彻底追求使用便利和功能性，被外界评价为“磨碎机的完成形”。

      在构造上，磨碎部分是由上部的固定砥石和下部的旋转砥石（石臼）构成的。配合CNF之类的用途，大约有200个种类的砥石可供选择。砥石的沟槽的形状或材质之类可以选用最合适的型号。另外，轴承构造上，有润滑油注入式、油循环式、油喷雾式3种类型。还有，我们公司也供应多功能研磨机α系列，可以配备砂轮、切刀、粉碎、敲击锤、绞碎刀之类14种类的核心部件。

首先从上部投入的原料通过离心力被挤压到沟槽里，慢慢磨碎的同时会接近到出口的“扁平面”再进行最终的磨碎。这个扁平面的圆周部是这个机械最重要的部位。

通过对照片中央的间隔调整手柄来调整粒度。当然，也有由电脑进行控制的全自动调整装置。通过这个设定间隔，进行超微粉碎（磨碎）到希望的粒径。因为是连续式，从上部的供给口放入原料，被纳米化的CNF就会连续变成凝胶状并吐出。

 

 

---关于今后的SUPER MASSCOLLOIDER的技术开发，请说说您的看法

 

增田：我现在说的可能是多余的话，在去年早春时候，欧洲最大的废纸处理、回收企业研究所长，以他为首的多个人都已见过。那个时候对方这样说到： “不生产更大型的机器吗？我们会承担全部费用，希望能够买断，不卖给其他公司”。这终究还是处理量的问题。

说到面向大型化的步骤，就像刚才说过的，桌上型高效率化、高速旋转的磨碎机几乎已经完成，测试也在反复进行中。从结果来讲，如果顺利的话，性能会达到10倍左右，至少也能达到5倍。但是我们的目标是能力能提升到20-30倍，距离这个程度还相当远。但是，从原理原则上来讲，最终是用石臼来进行磨碎，能使面积、旋转速度达到均衡，是有个限度的。如果要说这个限度在哪里，只有一边更改砥石的大小、沟槽的形状、材质或供给方法，一边进行摸索寻求最合适的产品，这是需要相应的时间。

     但是，现在能够看到性能提升到5-10倍，在4月这个月开始，计划对高速实用型的小型生产机进行组装。从明年到后年，下一个步骤的计划，是使大型机级别达到高速、高效率化。    刚才说过的，现在我们公司最大的机械，每小时可以生产1吨左右的CNF。但是，原材料厂家客户的希望，最低也要每小时生产30-40吨。像这种情况，眼下正是面向高速、高效率设备，进行专心研究开发的时候。

 

---对大量生产的系统的挑战

---面向大量生产，或者把SUPER MASSCOLLOIDER几台并排组成一个系统，或者把中、细、微、超微粉碎串联起来并排成高效率粉碎机，我认为以“SUPER MASSCOLLOIDER”为核心的各种各样的生产形态也都是可考虑的。

 

增田：作为面向大量生产的探讨课题，确实这些生产系统的研究开发也从现场被提上了议程。所谓的纤维素进行机械性的纳米化，并不只是急速纳米变细，而是按照顺序，从粗粉碎、中粉碎、微粉碎这样的形式进行纳米化，螺栓颈是最终的超微粉碎的阶段。在前段的粗粉碎或中粉碎中，这机械的能力应该还未充分发挥。在第1段的粗粉碎时1台就可以，第2段时2台，在微粉碎需要3台这样，根据生产量就可以进行这样的组合。不管怎么样，在提升最终纳米化阶段的能力水平方面，都想竭尽全力。

     使照片4的超精密切削成为可能的超高速旋转精密粉碎机“MICRO MEISTER”之类的关连机，也是大量生产系统所不可缺的一部分。

 

--- 我认为SUPER MASSCOLLOIDER的心脏部是“石臼”砥石。以前，听到上代的社长说过“石臼就是技术的魂魄”，现在在这一领域的研究状况进展得如何？

 

增田：工业用砥石有“转速的限制”，超过一定的转速后就会导致破裂。这要如何使之不容易破裂，在这方面的技术开发还未结束。

 

---在制造石臼的技术方面，材质或沟槽的切法等方面，请在可能的范围内谈谈您的看法。

 

增田：是啊，就像刚才所说的一样，使长年积累的技术得到活用，现在约200种类的石臼可供选择。如何选择最适合的石臼，刚开始会以某种程度的经验，觉得“如果是这种应该可行”，然后会出现重复试运行的错误，直到找到最有效率的、可以粉碎的那种，这就是选择石臼的方法。为此，要完善测试场，提供给各行业的客户。

　最近，拿CNF或锂离子电池等的新型原材料进行测试的客户比较多，1天内都会测试好几次。

 

---“SUPER MASSCOLLOIDER”一年内会有多少台的订单呢？在记忆中，以前食品业相关比较多，而在新型原材料相关、CNF的利用状况方面的动向是怎么样呢?

 

增田：“SUPER MASSCOLLOIDER”，从大型的生产用，到研究用有很多种，平均每年约200台的订单。这种机械，以前开始在食品制造方面会用得比较多。多的时候占7成，少时也会占到6成。到目前为止，与食品相关的出货台数与以前相同，CNF之类的新型原材料领域快速增长，这个比率现在正不断上升。目前为止，我认为食品相关的有6成。在新的CNF之类的原材料领域的利用也急速变多。

 

---在很多的产业领域被期待的新型原材料CNF的魅力---

---CNF的研究开发，发展势头非常强劲，请谈谈关于对这个领域的热点话题的看法。

 

增田：在前些天的电视节目中播放的在轮胎方面的应用是相当有趣的，我对华丽的轮胎很感兴趣。

在汽车方面，对丰田的4轮驱动的轮胎罩中所含有30%CNF的产品做了介绍。虽然不是具有划时代意义的产品，但作为环保的产品，也是值得提倡的一个例子。

另外，像保鲜膜一样的CNF透明薄膜或不会漏液的墨水、除臭纸尿布这方面的利用，或者在有机显示屏之类的CNF利用的可能性也会不断扩大。

 

---造纸公司，在CNF的表面涂上高密度的金属离子、金属纳粒子，使纸尿布之类的卫生用品，能够利用CNF开发出高除臭效果的产品。在这个领域里，有新闻报道以后生产据点会回归到国内，将来将会是一个很有前景的市场。

   电视节目应该是在鸟取大学取材的，用“SUPER MASSCOLLOIDER”从蟹的甲壳中抽取甲壳质纳米纤维。

 

增田：是的。鸟取大学有使用“SUPER MASSCOLLOIDER”。从以前开始，就被用在手术时需要用的纱线或人工皮肤中。最近作为减肥食品的添加剂也是很有前景的。

    在雷曼事件之前，美国的某家造纸公司提出“要订购20台左右的SUPER MASSCOLLOIDER”。砥石之类的供应等也都在准备中，觉得订单马上就会到，结果受到雷曼事件的影响就中断了。这是一家纸板箱的造纸公司。纸板箱的表面涂上凝胶状的CNF，就能够使厚度减少3成，作为我们公司而言这是一个很大的期待，现在感到很遗憾。

    像我们一样的企业 ，只拥有食品行业的技术，要进入到此类的行业中还是有点困难。

终究还是要由该行业自身向前迈进。

另外一方面，在医药品行业，有“能帮我把一杯挖耳勺的原料进行超微粉碎吗？”这样的请求。于是我们希望“请提供最少要1公斤左右的原料”，然而这就是“单原料就值3亿日元”这样的行业。对方就说“如果能有仅一杯挖耳勺的量就能够测试的装置，多贵都要买”。

如何回应像这样两个极端的要求，是一个非常困难的课题。

 

---在最后，是关于国外的CNF的研究开发的动向。

 

增田：国外的动作还是很快的。总的来说，与日本相比，国外的CNF已走在前面。国外只要觉得好，就会立即开始研究，研究后觉得可行，就会立即转移到实际生产中去。这种速度与日本有点不同。听说很多企业会毫不犹豫地就进行相当大规模的投资。总之，动作是相当快。对我们公司的“SUPER MASSCOLLOIDER”的需求反应也很快。

 

---百忙之中能抽出这么长时间，实在很感谢。