セルロースナノファイバーによる植物由来ポリウレタン発泡体の流動性・発泡性制御

研究課題

研究課題/領域番号	22K04722
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分26030:複合材料および界面関連
研究機関	山梨大学
研究代表者	森長久豊山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20396584)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2022年度)
配分額 *注記	4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円) 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円) 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円) 2022年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード	バイオベースポリウレタン / リモネン / 発泡体 / セルロースナノファイバー
研究開始時の研究の概要	ポリウレタン発泡体は、少量のポリマーで大きな体積を生み出せる軽量でエコフレンドリーな材料である。柑橘類精油由来ポリオールを原料として合成するバイオベースポリウレタン発泡体において、セルロースナノファイバーを補強材・分散剤・乳化剤として添加して強化を試みる。本研究では、添加するセルロースナノファイバーの形状や官能基を最適化することで発泡体中の空隙孔径をナノサイズまで小さくし、高強度バイオベースポリウレタン発泡体の開発を目的とする。その方法として、径や繊維長、表面官能基が異なるセルロースナノファイバーを用いることで、発泡体中の空隙孔径や機械的強度への影響を系統的に明らかにすることで解決する。
研究実績の概要	当該年度の研究目的は、柑橘類精油由来ポリオールを用いたバイオベースポリウレタン発泡体の合成である。ポリオールはリモネングリコールと多価チオールのチオール・エン反応によって得ており、そのジイソシアネートとの反応で対応するポリウレタンネットワークを得ることに成功した。上記の知見に基づき、リモネングリコール由来ポリオールを用いてバイオベースポリウレタン発泡体を合成することを試みた。すなわち、ポリオールとジイソシアネートの原料混合物に、発泡剤として水を加えて発泡体を合成した。リモネングリコール由来ポリオールのみを原料として用いると、発泡体の形成に限界があった。そこで、リモネングリコール由来ポリオールにポリプロピレングリコールを混合することで、発泡体の形成を促した。ポリプロピレングリコールは、ポリウレタン発泡体の原料として従来から良く用いられるものである。その結果、リモネングリコール由来ポリオール10%、ポリプロピレングリコール90%の組成にすると、比較的均一な発泡径を有する発泡体を得た。発泡体の5%重量減少温度は234℃であり、引張強度は0.12MPaであった。比較系として得たポリプロピレングリコール100%の発泡体では、5%重量減少温度は218℃であり、引張強度は0.03MPaであった。両系において発泡径に大きな違いはなかったものの、リモネングリコール由来ポリオールを用いると、発泡体の耐熱性と機械的強度が向上したことがわかった。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由当初の予定にあるリモネングリコールを原料としたバイオベースポリウレタン発泡体の合成は達成している。しかしながら、バイオベースポリオールの使用割合が少ないことから、「やや遅れている」と自己評価した。
今後の研究の推進方策	次年度は、現在得られているリモネングリコールを原料としたバイオベースポリウレタン発泡体において、セルロースナノファイバーの形状が及ぼす発泡体形成時の流動性や発泡性への影響について検討を行う。しかしながら、ポリオールの組成としてポリプロピレングリコールを高い割合で混合しないと均一な発泡径を有する発泡体を合成できておらず、発泡体のバイオマス度を上げることが課題となっている。そのため、他のバイオベースポリオールを原料としたバイオベースポリウレタン発泡体の合成検討も同時に行っていく。