会社のニュース 新しいナノ材料がTPUの耐火性と強度を向上

熱可塑性ポリウレタン（TPU）は、その優れた耐摩耗性、接着性、加工性から、自動車から航空宇宙まで幅広い産業で長年評価されてきました。しかし、高い可燃性と燃焼時の著しい煙の発生により、輸送、電気、繊維分野での用途が制限されてきました。

ナノフィラーの出現は、TPUの難燃性を高める新たな可能性を開きました。カーボンナノチューブ（CNT）、グラフェンナノプレートレット（GNP）、二硫化モリブデン（MoS ₂ ）、酸化グラフェン（GO）などの材料は、TPUの耐火性の著しい改善を示しています。例えば、

• 浸透法で調製されたTPU/グラフェンフォーム（TPU/GF）ナノ複合材料は、純粋なTPUと比較して、ピーク熱放出率（PHRR）が35.1％減少しました。
• 2.0 wt%の官能化MoS ₂ を含むTPUは、PHRRを45.4％削減しました。
• 2.7 wt%のGNPを充填したTPUナノ複合材料は、PHRRを41.1％減少させました。

ナノフィラーは難燃性を向上させますが、TPUの靭性と弾性を損なうことがよくあります。このトレードオフは、火災安全と機械的性能を同時に向上させるソリューションの探求を促してきました。

MXene（Ti ₃ C ₂ T _x ）は、二次元材料であり、その圧電性、機械的特性、および電子特性で注目を集めています。研究では、難燃性ポリマーナノ複合材料におけるその可能性が示唆されています。

• 2.0 wt%のTi ₃ C ₂ T _x を不飽和ポリエステル樹脂に添加すると、PHRRと全一酸化炭素発生量（COTY）がそれぞれ29.6％と31.6％減少しました。
• 3.0 wt%の剥離Ti ₃ C ₂ T _x を含むTPU/Ti ₃ C ₂ T _x ナノ複合材料は、ピーク煙発生率（PSPR）を51.4％削減し、COTYを57.1％減少させました。

その印象的な難燃性にもかかわらず、MXeneの機械的性能を向上させる能力は限られています。

DOPO-HQ（10-(2,5-ジヒドロキシフェニル)-9,10-ジヒドロ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド）は、有機リン化合物であり、ナノフィラーとして有望性を示しています。難燃性を向上させるだけでなく、機械的特性も向上させます。例えば、

• DOPO-HQ官能化GO（FGO-HQ）は、ポリ乳酸ナノ複合材料の総熱放出量（THR）と総煙放出量（TSR）をそれぞれ43.0％と83.0％削減し、優れた機械的性能を維持しました。
• DOPO-HQとフェロセン基に基づく新規オリゴマー（PFDCHQ）は、エポキシ/PFDCHQ複合材料の耐火性とヤング率を大幅に向上させました。

MXeneの限界に対処するために、研究者はTi ₃ C ₂ T _x とDOPO-HQの組み合わせを検討しました。水素結合誘起自己組織化アプローチを使用して、新規ナノハイブリッド（Ti ₃ C ₂ T _x -D-H）を合成し、それをTPUに組み込みました。

この研究では、わずか2.0 wt%のTi ₃ C ₂ T _x -D-HをTPUに添加するだけで、熱と煙の放出が大幅に減少し、引張強度と靭性が向上することが明らかになりました。主な発見は次のとおりです。

• 難燃性： PHRRと煙の発生が著しく減少し、火災安全性が向上しました。
• 機械的特性： 引張強度、破断伸び、衝撃強度がすべて向上しました。
• 熱安定性： 熱重量分析（TGA）により、熱分解温度が上昇し、高温下での性能が向上していることが示されました。

ナノハイブリッドの有効性は、複数の相乗メカニズムに起因しています。

• 物理的バリア： Ti ₃ C ₂ T _x ナノシートは、熱と煙の拡散を遅らせるバリアを形成します。
• 化学的難燃性： DOPO-HQは、燃焼を抑制するリンラジカルを放出します。
• 炭化形成： DOPO-HQは炭化を促進し、熱と酸素を遮断する保護層を生成します。
• 機械的補強： Ti ₃ C ₂ T _x は強度を高め、DOPO-HQは分散性と靭性を向上させます。

このブレークスルーは、TPUの用途を以下のように広げます。

• 輸送： 耐火性の自動車内装、航空機部品、高速鉄道の座席。
• 電子機器： 難燃性ケーブル、ケーシング、および絶縁材料。
• 繊維： 保護服および耐火性生地。
• 建設： 耐火コーティングおよび建築材料。

Ti ₃ C ₂ T _x -D-Hの開発は、TPU改質における大きな進歩を表しており、難燃性と機械的特性のバランスの取れた改善を提供します。このイノベーションは、業界全体でのTPUの幅広い用途への道を開き、安全性と性能の両方を保証します。