2021 Fiscal Year Research-status Report
有機-無機ハイブリッド化による植物由来超高耐熱材料の創製
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19K06178
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
大橋 康典 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (50467437)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 肇 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (60416287)
山田 竜彦 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (90353903)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | グリコール改質リグニン / 耐熱材料 / 有機-無機ハイブリッド / シランカップリング剤 / 代替プラスチック |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに、研究全期間を通じての目標（150℃～180℃程度の高温域でも使用可能な材料の創製）は既に達成され、耐熱性が250℃を超える材料の試作に成功している。本年度は、1年目に試みた改質リグニンノボラック樹脂とシランカップリング剤との反応生成物について、さらに詳細に熱特性を確認した。
PEG200、400及び600を用いて製造した改質リグニンから化学合成した「改質リグニンノボラック樹脂」9種類をTHFに溶解させ、シランカップリング剤KBM-403（信越化学製）および2-エチル-4-メチルイミダゾールを混合し、40℃で24時間反応後、さらに150℃、2時間反応させた。その結果、いずれの樹脂を用いた場合においても平滑な外観を有するハイブリッド材料が得られた。これらは、300℃までのDMA測定ではガラス転移温度を確認できず、市販フェノール樹脂を用いた場合よりも室温での弾性率は低く柔軟性に優れており、高温では弾性率が高く耐熱性を維持できる材料であった。DMA測定の結果については、樹脂中の改質リグニン量や種類による影響はほとんど観察されなかった。
これらの材料は600℃での残炭率が50%前後と高く、一部の材料では5%重量減少温度が400℃付近に達する等、耐熱分解性に優れていた。材料中の樹脂量が多い方が残炭率は高く観察された。また、改質リグニン中のPEGの分子量が大きいものほど耐熱性は高くなった。
SEM観察の結果、材料表面が平滑であること、材料中にケイ素が均一かつナノサイズにて分散していることが明らかとなった。樹脂中の改質リグニン量や種類による影響はほとんど観察されなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究1年目の段階で、研究全期間を通じての目標（150℃～180℃程度の高温域でも使用可能な材料の創製）は既に達成され、耐熱性が250℃を超える材料の試作に成功している。昨年度、新型コロナウイルスの影響で実施できなかった改質リグニン由来ノボラック樹脂とシランカップリング剤との反応条件最適化について改めて実施することとした。その結果、今回用いた改質リグニンノボラック樹脂9種類の全てにおいて、ガラス転移温度が300℃以上かつ残炭率にも優れた、石油樹脂を凌駕する高耐熱材料を試作することができた。また、材料中のバイオマス度を向上させつつも諸物性を維持可能な材料として、石油代替品としての利用可能性がさらに高まったといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度から昨年度までに試作した材料について、昨年度までは耐熱性に焦点を絞った評価を実施し、その優位性を証明してきた。本年度は、電気的特性や機械的強度をはじめとした耐熱性以外の諸物性を評価し、既存材料からの優位性をさらに明らかにする。評価が完了次第、特許を出願する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響により実験スケジュールに遅れが生じ、物性評価実験の全てを実施することができなかったため、次年度使用額が生じた。
本年度は、評価実験に必要となる消耗品の購入及び非常勤職員の賃金等に用いる。
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