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ポリウレタンフォーム（PU）は、建設現場で様々な用途で広く使用されていますが、ゼロエミッション化への取り組みに伴い、環境に優しい素材への注目が高まっています。その環境性能に対する評価を高めることは非常に重要です。
ポリウレタンフォームは、ウレタンで結合した有機モノマーユニットからなるポリマーです。ポリウレタンは、高い空気含有量と連続気泡構造を持つ軽量材料です。ポリウレタンは、ジイソシアネートまたはトリイソシアネートとポリオールの反応によって生成され、他の材料を添加することで改質することができます。
ポリスチレンフォームは、様々な硬度のポリウレタンから製造でき、他の材料も使用できます。最も一般的なのは熱硬化性ポリウレタンフォームですが、熱可塑性ポリマーもいくつか存在します。熱硬化性フォームの主な利点は、耐火性、汎用性、耐久性です。
ポリウレタンフォームは、耐火性、軽量構造、断熱性といった優れた特性から、建設業界で広く使用されています。強度と軽量性を兼ね備えた建築部材の製造に使用され、建物の美観を向上させる効果もあります。
ポリウレタンは、その汎用性、コスト効率、耐久性の高さから、多くの家具やカーペットに使用されています。EPA規制では、初期反応を止め、毒性の問題を回避するために、ポリウレタンを完全に硬化させることが義務付けられています。さらに、ポリウレタンフォームは寝具や家具の耐火性を向上させることができます。
スプレーポリウレタンフォーム（SPF）は、建物のエネルギー効率と居住者の快適性を向上させる主要な断熱材です。これらの断熱材を使用することで、温室効果ガスの排出量が削減され、室内の空気質が向上します。
PUベースの接着剤は、MDF、OSB、チップボードなどの木製品の製造にも使用されています。PUは汎用性が高く、遮音性、耐摩耗性、耐高温性、防カビ性、耐老化性など、様々な用途に使用できます。この材料は建設業界で幅広い用途に使用されています。
ポリウレタンフォームは非常に有用であり、建築建設の様々な分野で使用されていますが、いくつかの問題点も抱えています。近年、この素材の持続可能性とリサイクル性は大きく疑問視されており、これらの問題に対処するための研究が文献でますます多く見られるようになっています。
この材料の環境適合性とリサイクル性を阻害する主な要因は、製造工程で反応性が高く毒性の高いイソシアネートを使用していることです。また、様々な特性を持つポリウレタンフォームを製造するために、様々な種類の触媒と界面活性剤も使用されています。
リサイクルされたポリウレタンフォームの約30%が最終的に埋め立て処分されると推定されています。この素材は生分解性が低いため、建設業界にとって大きな環境問題となっています。ポリウレタンフォームの約3分の1はリサイクルされています。
これらの分野には依然として改善すべき点が多く残っており、そのため多くの研究でポリウレタンフォームをはじめとするポリウレタン材料のリサイクル・再利用のための新たな方法が模索されてきました。付加価値用途のためにポリウレタンフォームを回収するためには、物理的、化学的、生物学的リサイクル法が一般的に用いられています。
しかし、現状では、高品質で再利用可能かつ安定した最終製品を提供するリサイクル方法は存在しません。ポリウレタンフォームのリサイクルが建設業界や家具業界にとって現実的な選択肢となるためには、コスト、生産性の低さ、そしてリサイクルインフラの深刻な不足といった障壁を解消する必要があります。
2022年11月に発表されたこの論文は、この重要な建築材料の持続可能性とリサイクル性を向上させる方法を探求しています。ベルギーのリエージュ大学の科学者によって行われたこの研究は、Angewandte Chemie International Edition誌に掲載されました。
この革新的なアプローチは、毒性が高く反応性の高いイソシアネートの使用を、より環境に優しい材料に置き換えるものです。この新しいグリーンポリウレタンフォーム製造方法では、環境に有害な化学物質である二酸化炭素を原料として使用します。
この環境に配慮した製造プロセスでは、従来のポリウレタンフォーム製造工程で用いられる発泡技術を模倣し、水を用いて発泡剤を生成し、環境に有害なイソシアネートの使用を回避することに成功しています。最終的に、著者らが「NIPU」と呼ぶグリーンポリウレタンフォームが誕生しました。
このプロセスでは、水に加えて、イソシアネートよりも環境に優しい代替物質である環状炭酸塩を触媒を用いて二酸化炭素に変換し、基材を浄化します。同時に、フォームは材料中のアミンと反応して硬化します。
本論文で実証された新プロセスにより、規則的な細孔分布を有する低密度固体ポリウレタン材料の製造が可能になります。廃棄二酸化炭素の化学変換により、製造プロセスに用いる環状炭酸塩を容易に得ることができます。その結果、発泡剤の生成とPUマトリックスの形成という二重の作用が実現します。
研究チームは、シンプルで導入しやすいモジュール式技術を開発しました。この技術を、入手しやすく安価な環境に優しい原料と組み合わせることで、建設業界向けの新世代のグリーンポリウレタンフォームを創出します。これにより、建設業界におけるネットゼロエミッション達成への取り組みが強化されます。
建設業界における持続可能性の向上には万能のアプローチはありませんが、この重要な環境問題に対処するためのさまざまなアプローチに関する研究が続けられています。
リエージュ大学チームの新技術のような革新的なアプローチは、ポリウレタンフォームの環境への配慮とリサイクル性を大幅に向上させるのに役立ちます。リサイクルに使用されている従来の高毒性化学物質を代替し、ポリウレタンフォームの生分解性を向上させることは非常に重要です。
建設業界が、気候変動と自然界への人類の影響を軽減するための国際目標に沿って、ネットゼロエミッションのコミットメントを達成するために、循環性の向上に向けたアプローチを新たな研究の焦点に据える必要があります。明らかに、「従来通りのビジネス」アプローチはもはや不可能です。
リエージュ大学 (2022) より持続可能でリサイクル可能なポリウレタンフォームの開発 [オンライン] phys.org. 受け入れ可能:
Building with Chemistry（ウェブサイト）建設におけるポリウレタン [オンライン] Buildingwithchemistry.org。許容されるもの：
Gadhav, RV et al (2019) ポリウレタン廃棄物のリサイクルと処分の方法：Open Journal of Polymer Chemistryのレビュー、9 pp. 39–51 [オンライン] scirp.org。許容可能：
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レグ・デイヴィーは、英国ノッティンガムを拠点とするフリーランスのライター兼編集者です。AZoNetworkへの執筆活動は、微生物学、生物医学、環境科学など、長年にわたり関心を持ち、関わってきた様々な分野と関心を結集したものです。
デイビッド・レジナルド（2023年5月23日）「ポリウレタンフォームは環境に優しいのか？」AZoBuild. 2023年11月22日閲覧、https://www.azobuild.com/article.aspx?ArticleID=8610.
デビッド・レジナルド：「ポリウレタンフォームはどれほど環境に優しいのか？」AZoBuild 2023年11月22日
デビッド・レジナルド：「ポリウレタンフォームは環境に優しいのか？」AZoBuild https://www.azobuild.com/article.aspx?ArticleID=8610. （2023年11月22日アクセス）
David, Reginald、2023年。「ポリウレタンフォームはどのくらい環境に優しいのか？」AZoBuild、2023年11月22日アクセス、https://www.azobuild.com/article.aspx?ArticleID=8610。
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投稿日時: 2023年11月22日
