Flame Retardancy Mechanisms by Refining Fiber Structure in Cellulosic Materials

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木質系材料中の繊維を機械的に微細化することにより，セルロース材料の難燃化が確認された．セルロース材料の燃え拡がりにおいて，難燃化の要因には微細化による材料の熱分解特性の変化と，繊維構造の違いによる熱・物質輸送の変化が考えられる．本研究では，セルロース材料の微細化による難燃化メカニズムを解明するため，微細化によってセルロースの熱分解特性がどのように変化するか，また，繊維構造の違いは燃焼特性にどのような変化をもたらすかに関して，それぞれ検討を行った．機械的な微細化がセルロースの熱分解に及ぼす影響を調査するため，熱重量分析と簡易的な熱分解装置を用いた熱分解ガスのガス分析を行った．熱重量分析より，微細化した試料は熱分解反応がより低温で進行する傾向が得られた．熱分解ガスのガス分析では，等温条件下で試料を熱分解させ，生成するガスをガスクロマトグラフィーにより代表的な熱分解ガス成分（CO，CO2，CH4，H2）とその濃度を計測した．ガス分析の結果より，微細化した試料では微細化前の試料と比較してCO2が2倍近く生成されていると予測された．繊維構造の違いが燃焼特性に及ぼす影響を検討するため，微細化せずに繊維構造の異なる試料を用いて，燃焼が可能な限界酸素濃度と燃え拡がり速度の計測を行った．繊維直径が1 - 20 μmの濾紙と和紙を繊維構造を有する試料，直径50 nm 以下のバクテリアセルロースは繊維構造の無い試料とした．繊維構造の無い試料の限界酸素濃度は，繊維構造を有する試料と比較して，有意に高い傾向が示された．また，酸素濃度を変化させ，酸素濃度と燃え拡がり速度の関係性を実験的に調査した結果，繊維構造の無い試料の燃え拡がり速度は酸素濃度に依らず10％ほど低い値を示した．繊維構造の有無で限界酸素濃度や燃え拡がり速度が変化することから，繊維構造が火炎基部付近の輸送現象に影響を及ぼすと考えられる．