日本開發出植物和礦物原料的防紫外線透濕膜

日本產業技術綜合研究所（以下簡稱「產綜研」）與日本森林研究整備機構，共同開發出了僅利用木質素和粘土製造的防紫外線薄膜，透明性和透濕性均優。

產綜研開發了以粘土為主要成分的薄膜材料「Claist」，正在推進該材料的實用化。此次在Claist的成分中添加木質素，製作了透明的防紫外線透濕薄膜Ligno Claist。這種薄膜擁有之前的Claist所不具備的高紫外線吸收性（能遮蔽約99％）和高透濕性 （1,100g/m2·day）。透濕性與以往的農業用薄膜相同，而紫外線吸收性高於以往的農業用防紫外線薄膜。高紫外線吸收性得益於木質素的發色團結構，高透濕性得益於以納米水平層壓的木質素和粘土形成的空隙。

圖1 此次開發的薄膜的外觀（左）、功能示意圖和薄膜的截面結構示意圖（右）

研發小組首先利用紫外-可見吸收光譜法確認，在280nm至400nm的範圍內，0.03mm厚的Ligno Claist薄膜的紫外線遮蔽率達到99％以上。紫外線吸收性高於以往的農業用防紫外線薄膜（0.1mm薄膜的紫外線遮蔽率約為90％，見圖2）。其優秀的紫外線吸收性得益於木質素具備的苯酚和酮等的發色團結構，利用同步酶促糖化粉碎法提取的木質素抑制了發色團結構的變性，由此實現了高紫外線吸收性。

圖2：以往的農業用防紫外線薄膜和Ligno Claist的紫外線遮蔽率（左）及透濕度（右）

接下來，利用測試防潮包裝材料透濕度的杯式法（符合JIS Z0208標準）調查了Ligno Claist的水蒸氣滲透性，透濕度為1,100g/m2·day，與以往的農業用防紫外線薄膜使用的多孔聚烯烴的透濕度（1,200g/m2·day）不相上下（圖2右）。此前開發的幾乎不會滲透水蒸氣的Claist（圖3右下），其透濕度為10-5g/m2·day，實現如此高的水蒸氣阻隔性是因為在緊密層壓的粘土之間填充了有機物質（圖3右上）。

而利用透射電子顯微鏡觀察Ligno Claist的結構發現，由木質素或粘土構成的數十納米厚的層交互層疊，而且空隙比Claist多（圖3左上及左下）。水蒸氣應該是通過木質素層的數十納米空隙滲透的。雖然不清楚Ligno Claist的獨特積層結構的形成過程，不過據推測，木質素納米顆粒對結構的形成做出了很大貢獻。另外，Ligno Claist的阻燃性與Claist相同。在依據JISK7162標準實施的拉伸性能測試中，Ligno Claist的斷裂強度為480MPa，彈性模量為770MPa。而且，該薄膜雖然是透明的，但呈現出木質素的原木色。

圖3：Ligno Claist的結構示意圖（左上）和透射電子顯微鏡圖像（左下），Claist的結構示意圖（右上）和透射電子顯微鏡圖像（右下）

文：JST客觀日本編輯部

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