トリプル・カチオンアパタイト粒子を用いた布の高機能UVカット加工法の開発
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22K02153
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 08030:Family and consumer sciences, and culture and living-related
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
安川 あけみ 弘前大学, 教育学部, 教授 (70243285)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | UVカット / アパタイト / 亜鉛 / チタン / 布加工 |
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| Outline of Research at the Start |
夏物衣料にはUVカット性と涼しさが求められるが，両者は被覆面積の点で矛盾する。これまでカルシウムアパタイトの陽イオン交換特性の研究で得た知見を基に，本研究では生体親和性の高いCa2+，UVBを吸収するTi4+，UVBを吸収する第3の金属イオンを含有するトリプル・カチオン含有アパタイト固溶体粒子を合成し，布に担持し布のUVカット加工を施す。繊維の種類と布の構造を変えて，布の通気性，吸水性，吸湿性，透湿性等を制御し，UVカット性と快適性を兼備した布を創出する。この新規技術は健康で快適な暮らしを実現でき，さらに，用いる金属を変えることで種々の高機能物質に応用でき，多くの分野への波及効果が期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽から地球に届く光のうち，波長400 nm以下が紫外線（UV）であるが，波長によりUVC（-280 nm）, UVB（280-320 nm），UVA（320-400 nm）に分類される。UVCは我々のDNAに影響を与え極めて有害だが，オゾン層に吸収されて地表にはほぼ到達しない。UVBは，UVCほどではないにせよ，皮膚ガン，白内障など与える害は重大だが，地表に到達するUVの数%であり，我々が浴びるUVのほとんどはUVAであると言える。しかし，UVAも比較的軽微ながら皮膚の老化や日焼け等の影響がある。したがって我々は，浴びる量は少ないが影響が重大なUVBと，影響は比較的軽いが浴びる量の多いUVAを防御する必要があると言える。環境や生体に安全でイオン交換性の高いカルシウムヒドロキシアパタイト（CaHap）を基本とし，Caの一部を他の陽イオンと交換した固溶体粒子の合成において，UV吸収能を持つ陽イオンを用いることにより，UVカット性を持つ粒子を作ることができると考えた。これまでの研究から，UVBをよく吸収する物質としてチタン（Ti）を，UVAをよく吸収する物質としてセリウム（Ce）を見出した。TiやCeを含有するヒドロキシアパタイト固溶体，TiCaHap，CeCaHapならびにTiCeCaHap粒子を合成し，UV吸収能を比較してきた。このうち，Ceはレアアースの一種であり，電子部品の研磨剤，蛍光体，触媒など他の用途があるので，ベースメタルでUVAを吸収するものはないかと考え，本研究では亜鉛（Zn）を取り上げることにした。1年目は陽イオンサイトにおけるZnとCaの比率がZn/(Zn+Ca)=0-1の種々のZn含有アパタイト粒子（ZnCaHap）を合成し，純粋なHap結晶相が得られる条件と得られた粒子のUV吸収能を調べ，粒子中のZn含有量の最適条件を調べた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は，UVAとUVBに亘る広い波長の紫外線を吸収する無機微粒子を新規に合成し，得られた粒子を布に担持し，布のUVカット加工を施すことである。その第一段階として1年目は，湿式法によりZn/(Zn+Ca)=0-1の種々の亜鉛－カルシウムヒドロキシアパタイト（ZnCaHap）固溶体粒子を合成し，XRDにより結晶性を，FE-SEMにより形態を，UV-visによりUV吸収能を調べた。成果として，Zn/(Zn+Ca)=0.2以下で純粋なHap固溶体が得られるが，それよりZn含有量が多くなると，アパタイト以外の結晶相との混合物になることがわかった。一連の粒子のUV吸収能は，Zn含有量が増加するとともに向上し，Zn/(Zn+Ca)=0.30で最高値を示したが，それ以上Znを含有すると低下することがわかった。Zn含有Hap固溶体粒子がUVAを吸収することが確認できたことは，本研究の順調な進行状況を示していると言える。今後，UVBをよく吸収するTiも含有するトリプル・カチオンアパタイト粒子，チタン－亜鉛－カルシウムヒドロキシアパタイト（TiZnCaHap）の合成の段階に進むが，その際に重要なZnの最適な含有量の情報が得られたと言える。また，1年目で得られたZnCaHap粒子の大きさと形態は，これまでの研究で布への担持に適していることがわかっているナノメートルオーダーの粒子であり，布のUVカット加工への準備も順調であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年目で合成したZnCaHap固溶体の結果を元に，3種類の陽イオンを含有するTiZnCaHap固溶体粒子を合成し，純粋なHap固溶体が得られる条件を調べる。得られた粒子のうち，純粋なTiZnCaHap粒子についてUV吸収能を調べ，布のUVカット加工に用いるのに最適なTi，ZnならびにCaの含有比率を決定する。また，夏物衣料の代表である綿布を基質として，選択した粒子を振とう法により担持し，布のUVカット加工を行う。担持条件を変えながら加工前後の布のUVカット性能を比較し，分散媒，分散液濃度，温度，時間等の最適な担持条件を見出す。さらに，粒子担持布の洗浄試験を反復して行い，UVカット性能の保持力を検証する。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
