近赤外分光法による三次元物性評価システムの開発

• Project/Area Number: 16J00046
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Reaction engineering/Process system
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 室賀 駿 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 近赤外分光法 / ハイパースペクトルイメージング / ポリマーコンポジット / 拡散反射 / 二定数理論 / Kubelka-Munk理論

Outline of Annual Research Achievements

今年度は材料内の面内分布の迅速な評価を可能にする評価技術の開発に取り組んだ。提案法の流れはサンプルを静置した後に透過と拡散反射のイメージング計測を１回ずつ行い、各ピクセルにおける全くの同じ位置の近赤外光の透過率及び拡散反射率を波長依存のスペクトルとして得る。その後板状試料内における近赤外光の吸収と散乱を考慮した二定数理論によるモデルに基づいて得られた透過率及び拡散反射率をフィッティングする。このフィッティングを波長ごとに行うことで各試料内、各位置の吸収及び散乱係数を算出した。得られた吸収係数から材料の化学構造の評価、材質識別、化学種の濃度の評価を、散乱係数から内部の散乱体の大きさ、個数密度に関する情報を抽出することで高分子材料の品質評価を行うものである。
実際に提案法を高分子複合材料に適用した結果を示す。ポリメリルメタクリレート(PMMA)に表面をメタクリル基で修飾したシリカ粒子をアセトン中で分散、キャスト及び加熱プレス成形することでPMMA/シリカコンポジットを作製し評価に用いた。粒子径の異なる粒子を分散させたPMMA/シリカコンポジットを提案法によって評価したところ、べき指数イメージから散乱体サイズの違いがイメージ上に良好に現れていることが明らかになった。べき指数の面内分布のヒストグラムに注目すると、いずれの試料も単峰性の分布が得られていることがわかる。Mie散乱の理論値との比較から初期粒子径の差を反映したべき指数が提案法により得られており、フィラー間の一時粒子径の違いや分散状態を迅速かつ広い面積で捉えるのに非常に有用な手法であることが示された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Imperial College London(英国)
• [Journal Article] Near-Infrared Hyperspectral Absorption/Scattering Imaging Method Using Multiple Ground Plates for Evaluating Polymer Composites (2019)
  • Author(s): Shun Muroga, Yuta Hikima, Masahiro Ohshima
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: 91 Issue: 3 Pages: 1887-1893
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.8b03723
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visualization of hydrolysis in polylactide using near-infrared hyperspectral imaging and chemometrics (2018)
  • Author(s): Shun Muroga, Yuta Hikima, Masahiro Ohshima
  • Journal Title: Journal of Applied Polymer Science Volume: 135 Issue: 8 Pages: 45898-45898
  • DOI: 10.1002/app.45898
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Near-Infrared Spectroscopic Evaluation of the Water Content of Molded Polylactide under the Effect of Crystallization (2017)
  • Author(s): Shun Muroga, Yuta Hikima, Masahiro Ohshima
  • Journal Title: Applied Spectroscopy Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 1300-1309
  • DOI: 10.1177/0003702816681011
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 拡散反射イメージングを用いた高分子複合材料の評価法の開発 (2018)
  • Author(s): 室賀駿、引間悠太、大嶋正裕
  • Organizer: 第33回近赤外フォーラム
• [Presentation] Simultaneous Evaluation of Chemical Structure and Additives' Size in Polymer Composites using Near-infrared Spectroscopy (2018)
  • Author(s): Shun Muroga, Yuta Hikima, Masahiro Ohshima
  • Organizer: The 9th International Conference on Vibrational Spectroscopy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Quantitative Evaluation of the Water Content in Polylacctide under the Effect of Crystallization using Near-Infrared Spectroscopy (2017)
  • Author(s): Shun Muroga, Yuta Hikima, Masahiro Ohshima
  • Organizer: BIT's 5th Annual Conference of Analytix-2017
  • Place of Presentation: ヒルトン福岡シーホーク(福岡)
  • Year and Date: 2017-03-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Evaluation of Translucent Polymer Products using Kubelka-Munk Theory and Diffuse Reflection NIR Imaging (2016)
  • Author(s): Shun Muroga, Yuta Hikima, Masahiro Ohshima
  • Organizer: The 5th Asian NIR Symposium 2016
  • Place of Presentation: 城山観光ホテル(鹿児島)
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 近赤外分光イメージングを用いた高分子射出成形体の構造評価 (2016)
  • Author(s): 室賀駿・引間悠太・南條卓也・奥野俊明・大嶋正裕
  • Organizer: 成形加工学会第27回年次大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京)
  • Year and Date: 2016-06-14