米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）化学过程研究部[研究主任古谷毅]功能材料加工组、研究组组长石井亮、首席研究员鹿中一宏、首席研究员大冢佑一郎合作，林业与林产研究所（以下简称“森林研究所”）森林资源化学研究领域，林业与林产研究所（以下简称“森林研究所”），木质素和粘土制成的透明且高透湿性的UV切割膜。
AIST正在开发一种主要成分为粘土的膜材料。Creast®''并正在研究其实际应用。这次，我们添加了木质素作为 Claest® 的成分，以制造透明的防紫外线、透湿薄膜 Lignoclast。 Lignoclast® 具有高紫外线吸收率（约 99% 截止）和高透湿性（1,100 g/m2·日)。该薄膜具有与传统农用薄膜相当的透湿性，以及超过传统农用防紫外线薄膜的紫外线吸收能力。高紫外线吸收是由于木质素。发色团从结构上来说，高透湿性来自于木质素和粘土产生的空隙，这些空隙以纳米级别分层。
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| 新开发薄膜的外观（左）、薄膜的功能图及截面结构图（右） |
近年来，由于全球变暖导致气温升高，导致害虫活动增加，因此农业领域一直担心病虫害造成的损害蔓延。使用常规防虫网来防止害虫危害时，需要使用杀虫剂，但由于许多害虫对紫外线有趋光性，因此使用防紫外线薄膜来防止害虫入侵的农业覆盖材料（如塑料大棚和地膜）是有效的，其需求量正在增加。此外，为了减轻因使用石油衍生成分而造成的环境负担，为了实现可持续发展的社会，使用石油衍生成分以外的植物和矿物成分的功能性材料的开发受到关注。然而，不使用石油衍生成分的防紫外线薄膜的例子还很少，因此人们期望开发它们。
自2003年以来，AIST一直致力于粘土膜材料（Claist®）的开发和实际应用，该材料具有不燃性、耐热性和气体阻隔性等特性。迄今为止，利用这些特性的垫片、电子电路薄膜、不易燃的照明罩以及工艺品的防刮擦和耐候涂料已投入实际应用。此外，林业和林产研究所一直在开发一种新的木质素提取方法，与使用强酸和强碱的传统木质素提取方法不同，该方法可以防止木质素成分的劣化，并一直致力于使用所获得的木质素开发功能材料。
木质素是一种源自植物的聚合物，具有耐热性和紫外线吸收性，有望用于农用紫外线阻隔膜。此次，两家公司携手合作，通过结合 Kleist® 和木质素，开发出一种对环境影响较小的农用覆盖材料。
这项研究和开发得到了日本科学技术振兴机构战略创意研究项目“先进低碳技术开发 (ALCA)”（2016-2016 财年）的支持。
Cleist®本身并不具有紫外线吸收性能，因此需要单独添加紫外线吸收剂才能将其用作紫外线阻挡膜。此外，由于Kleist®具有高水蒸气阻隔性，因此提供农用薄膜所需的水蒸气透过性也是一个问题。另一方面，产业技术研究院与林业及林产研究所合作，同步酶糖化研磨法中提取的木质素开发了一种功能材料。由于同时酶糖化和粉碎方法不使用强酸或强碱，因此可以在成分劣化最小的情况下提取水分散性木质素纳米颗粒，但难以仅由这些木质素纳米颗粒形成自支撑膜。因此，本次我们重点关注水分散性木质素纳米颗粒具有紫外线吸收性能的事实，并利用波峰制造技术开发了一种含有木质素纳米颗粒的自支撑膜。水分散性木质素纳米颗粒可以很容易地与Kleist®的主要成分粘土在水中混合，当将混合物形成薄膜时，可以获得含有木质素纳米颗粒的Kleist®（lignokreist）（示意图）。
首先，通过紫外可见光谱证实280 nm至400 nm区域的木素紫外线屏蔽率膜厚003mm时，合格率超过99%。与传统农用防紫外线薄膜（01毫米厚，紫外线阻隔率约90%）相比，它具有更高的紫外线吸收能力（图1左）。这种紫外线吸收源自木质素（例如酚类和酮类）的发色团结构，并且是由于通过同时酶糖化和研磨方法提取的木质素抑制了发色团结构的变性而实现的。
然后根据JIS Z0208，测试防潮包装材料的透湿性杯测法中研究木素的水蒸气渗透率时，水蒸气渗透率为1,100g/m2·天，传统农用防紫外线薄膜中使用的多孔聚烯烃的透湿度（1,200 g/m2）2·日)（图1右）。迄今为止，已开发出几乎不允许水蒸气通过的Crest®（图2右下），但其透湿性为10-5克/米2·天。这种高水蒸气阻隔性能是由于有机物质填充在致密层状粘土之间的空间的结构所致（图2，右上）。另一方面，通过透射电子显微镜观察可知，木质素具有由木质素或粘土构成的数十纳米厚的层交替层叠而成的结构，并且比Clalast®具有更多的空隙（图2左上、图2左下）。认为水蒸气透过木质素层中所含的数十纳米的细孔。尽管木质素独特的层状结构的形成过程尚不清楚，但推测木质素纳米颗粒对该结构的形成做出了巨大贡献。此外，Lignocrast 的阻燃性与传统的 Clalast® 相同。在根据JISK7162的拉伸性能测试中，木质素显示出480MPa的断裂强度和770MPa的弹性模量，并且虽然它是透明的，但它呈现出源自木质素的木皮颜色。
Lignocrast 具有作物生长所需的透湿性，并且比传统薄膜具有更高的紫外线吸收能力，使其成为一种有利的防紫外线薄膜，可防止病虫害。此外，传统农用UV切割膜主要由氯乙烯树脂和聚烯烃树脂制成，使用石油衍生成分，使用后必须收集和焚烧，而Lignoclast仅由植物和矿物衍生成分制成，木质素预计可生物降解，粘土成分返回土壤。耕作处置预计可以这样做，并且当用作农业覆盖材料时，有望降低成本并提高工作效率。
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| 图1 传统农用防紫外线薄膜和Lignoclast的紫外线屏蔽率（左）和透湿度（右） |
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| 图2 Lignoclaest结构示意图（左上）和透射电子显微镜图像（左下），Kleist®结构示意图（右上）和透射电子显微镜图像（右下） |
我们将对新开发的木器进行更广泛的性能评估测试，同时我们将与工业讨论农业覆盖材料等应用，并以早期商业化为目标进行研发。此外，我们还将通过同步酶糖化粉碎法的推广和降低成本，建立原料木质素的供应体系。