日本开发出植物和矿物原料的防紫外线透湿膜

新产品 · 新服务 2018年12月27日
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日本产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)与日本森林研究整备机构,共同开发出了仅利用木质素和粘土制造的防紫外线薄膜,透明性和透湿性均优。

产综研开发了以粘土为主要成分的薄膜材料“Claist”,正在推进该材料的实用化。此次在Claist的成分中添加木质素,制作了透明的防紫外线透湿薄膜Ligno Claist。这种薄膜拥有之前的Claist所不具备的高紫外线吸收性(能遮蔽约99%)和高透湿性 (1,100g/m2·day)。透湿性与以往的农业用薄膜相同,而紫外线吸收性高于以往的农业用防紫外线薄膜。高紫外线吸收性得益于木质素的发色团结构,高透湿性得益于以纳米水平层压的木质素和粘土形成的空隙。

日本开发出植物和矿物原料的防紫外线透湿膜

图1 此次开发的薄膜的外观(左)、功能示意图和薄膜的截面结构示意图(右)

研发小组首先利用紫外-可见吸收光谱法确认,在280nm至400nm的范围内,0.03mm厚的Ligno Claist薄膜的紫外线遮蔽率达到99%以上。紫外线吸收性高于以往的农业用防紫外线薄膜(0.1mm薄膜的紫外线遮蔽率约为90%,见图2)。其优秀的紫外线吸收性得益于木质素具备的苯酚和酮等的发色团结构,利用同步酶促糖化粉碎法提取的木质素抑制了发色团结构的变性,由此实现了高紫外线吸收性。

日本开发出植物和矿物原料的防紫外线透湿膜

图2:以往的农业用防紫外线薄膜和Ligno Claist的紫外线遮蔽率(左)及透湿度(右)

接下来,利用测试防潮包装材料透湿度的杯式法(符合JIS Z0208标准)调查了Ligno Claist的水蒸气渗透性,透湿度为1,100g/m2·day,与以往的农业用防紫外线薄膜使用的多孔聚烯烃的透湿度(1,200g/m2·day)不相上下(图2右)。此前开发的几乎不会渗透水蒸气的Claist(图3右下),其透湿度为10-5g/m2·day,实现如此高的水蒸气阻隔性是因为在紧密层压的粘土之间填充了有机物质(图3右上)。

而利用透射电子显微镜观察Ligno Claist的结构发现,由木质素或粘土构成的数十纳米厚的层交互层叠,而且空隙比Claist多(图3左上及左下)。水蒸气应该是通过木质素层的数十纳米空隙渗透的。虽然不清楚Ligno Claist的独特积层结构的形成过程,不过据推测,木质素纳米颗粒对结构的形成做出了很大贡献。另外,Ligno Claist的阻燃性与Claist相同。在依据JISK7162标准实施的拉伸性能测试中,Ligno Claist的断裂强度为480MPa,弹性模量为770MPa。而且,该薄膜虽然是透明的,但呈现出木质素的原木色。

日本开发出植物和矿物原料的防紫外线透湿膜

图3:Ligno Claist的结构示意图(左上)和透射电子显微镜图像(左下),Claist的结构示意图(右上)和透射电子显微镜图像(右下)

文:JST客观日本编辑部

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