成果報告書詳細
管理番号20100000002203
タイトル*平成21年度中間年報 省エネルギー革新技術開発事業/先導研究/セルロースエアロゲル材料を利用した透明超断熱ガラスの研究開発
公開日2010/11/10
報告書年度2009 - 2009
委託先名国立大学法人東京大学
プロジェクト番号P09015
部署名省エネルギー技術開発部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1. セルロース原料の種類、溶解濃度、溶剤の組成、エアロゲル化乾燥法がセルロースゲルおよびエアロゲルの弾性率と圧縮/引張り強度に及ぼす影響を調べ、下記の知見を得た:
A. セルロース原料の重合度が低いほど高濃度まで溶解できるが、ゲル/エアロゲルの強度は低下
する。溶解性と強度を両立させるためには、DP 約800 のろ紙パルプが好適である。このため下
記の諸項目は「ろ紙パルプ4%」の条件で行った。
B. 再生セルロースヒドロゲルを透明化するための再生溶媒としては、酸性水溶液よりも低
級アルコールが優れる。
C. 溶媒探索の一環として最近発見されたLiCl/DMSO 系を検討した。 ろ紙パルプをエチレンジアミン前処理すると4%程度までの透明溶解が可能である。しかしこの系からの再生で得られるセルロースヒドロゲルおよびエアロゲルは白濁の程度が強い。
2. 定常熱流法による熱伝導率測定装置を試作し各種シート材料での検定を行った。その結果、試料の厚さが熱伝導率値(λ)に大きく影響することが分かった。薄いシートを積重ねて厚くしていった場合の見かけ熱伝導率を図1 に示す。また同装置によるセルロースエアロゲルの熱伝導率の厚さ依存性を図2 に示す。薄い試料ではλが小さく、厚さ0.5mm 程度以上で一定値に近づく。結論として現状で得られるセルロースエアロゲルの熱伝導率は発泡ポリスチレンと同程度の約0.03 W/mK である。
英文要約Title: Development of transparent ultra-high thermal-insulating glazing using cellulose aerogels
(FY2009-FY2010) FY2009 Annual Report
The University of Tokyo
Item 1. Characterization and control of aerogel properties
1-A. Cellulose DP and concentration are two conflicting factors in cellulose dissolution. The best practical condition was “Ashless pulp, 4”.
1-B. Regeneration of cellulose hydrogel was best done by lower alcohols.
1-C. The LiCl/DMSO solvent, recently identified, gave transparent solutions up to 4 %. But the hydrogel and aerogel obtained from this solvent was more turbid than the alkali-urea solvents.
1-D. Thermal conductivity tester was built in house, which revealed thickness dependence of thermal conductivity (TC). The TC of cellulose aerogel is close to that of styrofoam sheet.
Item 2. Enhancing transparency of cellulose aerogel
2-A. Impregnation of synmthetic polymers
Polystyrene, poly(vinyl chloride), and polyimide were tested for solution impregnation. The former two gave better transparency than cellulose-only aerogel.
2-B. Polymer synthesis in cellulose gels
Based on the results of 2-A, this topic was postponed to subsequent fiscal years.
2-C. Preliminary test of cellulose-silica composite aerogels
Composite formation was tested for water-glass impregnation, giving promising results.
2-D. Compaction of cellulose aerogels
compaction by partial drying of hydrogel and mechanical pressing of aerogel weretested. Both methods gave denser aerogels, but transparency could not be improved. Therefore,this strategy was abandoned.
Item 3. Development of practically efficient preparation method of cellulose aerogel
3-A. Demonstration of practical process for dissolution and gelation of cellulose
Optimization of solvent composition and dissolving method gave possibility of industrially viable process of cellulose gel production. Patent application of this method is under way.
3-B. Identification of best drying solvent and method
Out of the four tested methods, freeze drying from Zeorora (heptafluorocyclopentane) was the best suited for preserving nanoporosity of cellulose aerogel, giving high surface area next to supercritical CO2 drying.
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