2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism elucidation and control of efficient release of healing agent in self-healing coatings containing nanofibers
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20H02485
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
矢吹 彰広 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 教授 (70284164)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉岡 朋久 神戸大学, 先端膜工学研究センター, 教授 (50284162)
李 志河 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (90809584)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 自己修復 / ナノファイバー / コーティング / 腐食 / 放出 / 防食 / 金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，ナノファイバー含有自己修復性コーティングについてナノファイバーとポリマー界面におけるナノ空間の修復剤の物質移動に関して，吸水，脱着，溶解，拡散の解析による機構解明とその放出制御を目的として，3年間で計画されたものである。令和2年度は，研究計画調書にあげられている以下の2点を中心とした取り組みを行った。
1. 実験による修復剤の拡散放出挙動の解明
実験開始に当たって，ナノ空間のサイズを制御する方法として，ポリマー主剤を予備加熱する方法を新たに考案した。ポリマーにはビスフェノール型エポキシ樹脂，有機系修復剤としてオレイン酸ナトリウム，ナノファイバーにはセルロースナノファイバーを用いた。これらを混合したコーティングを作成し，ナノファイバーおよび修復剤を添加したポリマーコーティングにおける吸水挙動については，吸水前後の質量変化から求めた。ポリマーコーティングからの修復剤の放出挙動については，クロマトグラフィーによる分析を行った。実験の結果，予備加熱によって，吸水率および修復剤の放出挙動が変化することが分かった。
2. 数理計算的アプローチ（分子動力学法）による修復剤の拡散挙動の解明
ポリマーとナノファイバーに界面における修復剤の拡散の分子動力学シミュレーションにはワークステーションおよびMaterials Studioを導入した。ナノファイバーとポリマーの界面における場の最適化を行った後に修復剤としてオレイン酸ナトリウムを用いて，拡散挙動についてシミュレーションを行った。計算の結果，修復剤がナノファイバーおよびポリマーの表面に吸着している部分があり，表面拡散と液相拡散の両方が生じていることが分かった。
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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
実験による修復剤の拡散放出挙動の測定およびポリマーとナノファイバーに界面における修復剤の拡散の分子動力学シミュレーションを計画し，両者とも若干の計画の変更をあったものの当初の目的に合致した実験，計算を行うことができ，新たな知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
エポキシ樹脂中でセルロースナノファイバーと修復剤の量を変化させて実験を行う。修復剤として，有機系修復剤としてオレイン酸ナトリウムに加え，無機系修復剤としてリン酸マグネシウムを用いる。これらの実験により，修復剤の放出制御に関する情報を得る。
セルロースナノファイバーに修復剤を担持させた後にポリマーに混合し，それを金属材料に塗布し，スクラッチ試験機で基材に達する欠陥を付与して，腐食液中で交流インピーダンス法を用いた電気化学測定を行い，腐食抵抗の経時変化をモニタリングする。この腐食抵抗が初期の値より上昇した場合に自己修復性があると判断し，効果の確認を行う。
数理計算的アプローチ（分子動力学法）による修復剤の拡散挙動についてはポリマー中の吸着量・濃度勾配を推進力とし，ポリマー中の拡散性に基づいた理想的な放出速度の推算を試みる。
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