セルロース繊維を用いた耐熱断熱性能が向上した強化リグニン系ポリウレタンフォーム

科学分野:

• 材料科学;高分子化学;バイオマス利用

背景:

• ポリウレタンは汎用性の高い材料であり、幅広い用途があります。;バイオマス、特にリグニンとセルロースの価値向上は、持続可能な開発に不可欠です。;天然高分子からの機能性材料の開発は、合成材料に代わる環境に優しい選択肢を提供します。

研究 の 目的:

• クラフトリグニンを用いたリグニン系ポリウレタンフォーム（LPUF）を合成すること。;LPUFの機械的および熱的特性に対する強化骨格としてのセルロース繊維の組み込み効果を調査すること。;材料性能向上のためのセルロース繊維の最適添加量を決定すること。

主な方法:

• リグニン含有ポリオール（LP）をクラフトリグニン、ポリエチレングリコール、グリセロールから調製しました。;LPとポリメチレンジフェニルジイソシアネート（PMDI）を水を発泡剤として反応させてLPUFを合成しました。;LPUF構造の強化のために、様々な添加量（0-1.0%）のセルロース繊維を組み込みました。

主要な成果:

• セルロース繊維を0.5%添加することで、圧縮強度（72.3%）、曲げ強度（154.5%）、引張強度（244.1%）が大幅に向上しました。;セルロース繊維の最適添加量（0.5%）により、機械的特性は圧縮で647.6 kPa、曲げで1.28 MPa、引張で1.17 MPaまで向上しました。;0.5%のセルロース繊維添加により、熱伝導率は0.0413 W m⁻¹ K⁻¹から0.0378 W m⁻¹ K⁻¹に低下し、断熱性能の向上を示しました。添加量が多い場合（0.5%超）は、気孔構造と機械的性能に悪影響を及ぼしました。

結論:

• セルロース繊維による強化、特に0.5%の添加量では、リグニン系ポリウレタンフォームの機械的および断熱特性を大幅に向上させます。;本研究は、高性能で持続可能なポリウレタン材料の作成における木材由来の天然高分子（リグニンおよびセルロース）の利用可能性を強調しています。;このアプローチは、バイオマスの付加価値利用に貢献し、持続可能な開発とカーボンニュートラル目標を推進します。