2016 Fiscal Year Research-status Report
ファインバブルと低濃度オゾン水を融合した環境に優しいプラスチック改質法の研究
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16K05873
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| Research Institution | Kanto Gakuin University |
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Principal Investigator |
田代 雄彦 関東学院大学, 総合研究推進機構, 准教授 (70727536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅田 泰 関東学院大学, 総合研究推進機構, 助教 (70772086)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ファインバブル / 低濃度オゾン / 汎用プラスチック / 表面改質法 / クロムフリー / 環境配慮型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、最近話題のファインバブルと低濃度(0.3～2.0㎎/L)のオゾン水を融合した新規のめっき前処理法を汎用プラスチックに適用した。現状、汎用プラスチックのABS樹脂にめっきを施す場合、有害な６価クロム(発癌性物質)を含むエッチング液が世界中で使用されている。本法は人にも環境にも優しい手法であり、従来法で必須であったエッチング液の回収や電解再生、廃液・排水処理を全く必要せず、処理水もリサイクル出来るため、サスティナブルケミストリーのエッチング法としてブレークスルーが期待できる。
先ず、オゾン濃度に関しては低濃度の1.5～2.0 mg/Lが最適と判断した。約10倍の高濃度では、処理時間の短縮は可能となるが製造装置の配管等への影響も大きく、部品交換頻度が著しく高くなり、安定的な長期使用は難しいことが分かった。同時に、オゾン濃度が高くなるので作業時に人的危険が伴う可能性があった。次に、現在検討している工業化を目的としたファインバブル低濃度オゾン水製造装置は，加圧溶解法と気液二相流旋回法の両法を併用してファインバブルを生成する。特にバブル径に影響を与えるのは後者のチューブの長さであり、数水準長さを変えられる付属装置を設計し、製造が終了した段階である。
本法の処理時間は20～30分が最適であり、現行のクロム酸エッチング処理と同等の密着強度が得られる。また、TEMによる断面観察などから本処理により、ABSのB成分が溶出し、最大の表面粗さとなり、樹脂表面はマイクロレベルのB成分溶出痕とマトリックスのAS部分のナノレベルのアンカー効果の共存により高い密着強度を発現している(密着メカニズム)。更に、本装置稼働時のアイドリング時間は30分で、オゾン濃度は安定化することを確認した。処理水のリサイクル化は未実施であるが、新建浴から6ヶ月は問題無く使用できることを確認している。
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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、最近話題のファインバブルと低濃度(0.3-2.0㎎/L)のオゾン水を融合した新規のめっき前処理技術（Fblow処理と呼称）の研究基盤の確立である。本研究では、最適なバブル径およびオゾン濃度を明らかにし、現状使用されている有害な６価クロム(発癌性物質)を含むエッチング液の代替技術とする。具体的な研究内容は、①オゾン濃度の最適化、②バブル径の最適化、③密着メカニズムの解析、④各種プラスチックにマッチングする前処理技術の確立、である。
「研究実績の概要」で述べた通り、初年度(平成28年度)に①オゾン濃度は1.5～2.0 mg/Lが最適であり、③汎用のABS樹脂の密着メカニズムの解析が完了した。更に、装置稼働時のアイドリング時間は30分で、オゾン濃度は安定化することが分かった。
次に、②バブル径の最適化はバブル径を数水準変化させることが可能な装置を設計・製造まで完了し、本年度早々に評価する予定である。また、処理水のリサイクル化は未実施であるが、新建浴から6ヶ月は問題無く使用できることを確認している。そこで、処理水の連続あるいは間欠のろ過、同時に処理水の活性炭ろ過を併用することにより、処理水のリサイクルも出来るため、サスティナブルケミストリーのエッチング法を達成できると考える。
最後に④各種プラスチックにマッチングする前処理技術の確立であるが、Fblow処理の前後に酸処理を導入することにより、密着強度を改善出来ることが分かったので、本年度はこの酸処理の詳細な検討を行う予定である。
以上のことから、「（２）おおむね順調に進展している。」を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方法(平成29年度)は、先ず、最適なバブル径を明らかにする。
次に、処理水の連続あるいは間欠のろ過、処理水の活性炭ろ過を行うことにより、処理水のリサイクル化の可否を評価する。また、めっき前処理工程の短縮化を検討する。
更に、本処理を適用したポリイミド樹脂は針状突起を発現することは確認しているが、針状突起がどのように発現するのか不明である。そこで、SPM(Scanning Probe Microscope)やXPS(X-ray photoelectron spectroscopy)などを用いて本現象を解析する。また、必要に応じてTEM(Transmission Electron Microscope)による断面観察やMSE試験による改質層の厚さ測定、EDS(Energy dispersive X-ray spectrometry)マッピングによる元素分析などを実施し、ポリイミド樹脂とめっき金属間の密着メカニズムを解明する。
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| Causes of Carryover |
ファインバブルのバブル径の最適化の検討ため、バブル径を数水準変化させることの可能な装置である「ナノバブル生成装置」の完成が大幅に遅れ(外注品)、納入が平成29年3月29日で、平成28年度分に計上出来なかった。本支払額は442,800円であり、次年度使用額は約17,000円発生した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記の通り、442,800円はナノバブル生成装置に使用し、残りの約17,000円は実験の試薬や備品などに使用する予定である。
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