2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of Nanocomposite Lacquer Materials Using Functional Nanomaterials as Ultraviolet Stabilizers
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21K04681
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
佐藤 徹雄 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (70369924)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松原 正樹 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (40746111)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 漆 / 紫外線劣化抑制剤 / ナノ粒子 / バイオナノファイバー / ナノコンポジット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、漆塗料の機能開発において最重要課題のひとつである漆塗料への「紫外線劣化抑制機能の付与」を目的として、全工程を「紫外線吸収ナノ粒子の漆塗膜への均一分散法の確立」、「紫外線吸収ナノ粒子による構造色発現を利用した塗装法の開発」、「バイオナノファイバーを骨材とするナノコンポジット乾漆の創製」の３つの区分に分割し、各区分の目標の実現を通して本研究の目的を達成する。
令和４年度は、「紫外線吸収ナノ粒子の漆塗膜への均一分散法の確立」分野では、新規紫外線吸収剤として開発を進めている表面コートTiO2光触媒ナノ粒子のさらなる機能化に向けて、末端にアミノ基またはチオール基を有するシランカップリング剤により表面修飾をおこない、表面機能化TiO2光触媒ナノ粒子を調製した。得られた表面機能化TiO2光触媒ナノ粒子は酸化条件でモデル化合物であるカテコールと直接反応し、結合を形成することが示された。「紫外線吸収ナノ粒子による構造色発現を利用した塗装法の開発」分野では、漆への高意匠性付与のため、ナノ粒子/ポリマー複合系での構造色制御に関する研究については溶媒による集合状態の制御について検討を進めた。そして、「バイオナノファイバーを骨材とするナノコンポジット乾漆の創製」分野では、ウルシオールとセルロースナノファイバー（CNF）の親和性向上を目的として、CNF表面にカテコール基とアミノ基を導入し、ゲル状の高含水物の形成が確認できた。
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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
「紫外線吸収ナノ粒子の漆塗膜への均一分散法の確立」分野については、市販のTiO2ナノ粒子に対し、シリカコートおよびシランカップリング反応によりアミノ基修飾シリカコートTiO2ナノ粒子およびチオール基修飾シリカコートTiO2ナノ粒子を調製した。続いて、カテコールの酸化により生成したo-ベンゾキノンをそれぞれのナノ粒子と反応させることで、ナノ粒子表面のカテコール修飾を行った。カテコール修飾前後のナノ粒子に対するTG測定による重量減少量の結果から、アミノ基修飾量またはチオール基修飾量、およびそれぞれのカテコール修飾ナノ粒子におけるカテコール修飾量を求めた。この結果、アミノ基に対するカテコールの反応率は31.2%であるのに対し、チオール基では54.5%とチオール基の方がカテコールとの縮合率が高いことが明らかとなった。さらに、TiO2ナノ粒子とチオール基修飾シリカコートTiO2ナノ粒子のUV-visスペクトルより、いずれも320 nmに同程度の吸収が見られ、紫外線吸収特性を維持していることが示された。
また、「紫外線吸収ナノ粒子による構造色発現を利用した塗装法の開発」分野では、ナノ粒子/ポリマー複合系に関して溶媒による集合状態の制御について検討したところ、溶媒の違いによるナノ粒子/ポリマー複合系の集合状態の差異が確認できた。
さらに、「バイオナノファイバーを骨材とするナノコンポジット乾漆の創製」分野においては、TEMPO酸化CNFに対し、カルボジイミド系縮合剤を用いたカテコール基を有するカルボン酸との縮合反応またはジアミンを用いた中和反応により、カテコール基またはアミノ基修飾CNFを合成した。これらの置換基の導入はFT-IR測定によって確認した。さらに、それぞれの表面修飾CNFの水分散液の混合により、高含水物の形成を確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
「紫外線吸収ナノ粒子の漆塗膜への均一分散法の確立」分野では、紫外線吸収剤として活用可能なチオール基修飾シリカコートTiO2ナノ粒子について、ウルシオールとの反応性向上が期待できる芳香族チオール基の導入を検討するとともに、漆への直接添加を検討する。
また、「紫外線吸収ナノ粒子による構造色発現を利用した塗装法の開発」分野では、ナノ粒子/ポリマー複合化による構造色制御について粒子濃度や溶媒の種類を引き続き検討し、漆の風合いを損なうことなく漆塗膜に高い紫外線吸収特性も持ち合わせた構造色の発現を利用した塗装法を開発し、漆への高意匠性付与を目指す。
さらに、「バイオナノファイバーを骨材とするナノコンポジット乾漆の創製」分野では、令和４年度に漆液との高い親和性を考慮して表面にカテコール基とアミノ基を導入したCNFからゲル状の高含水物が得られた知見を基に、それをクライオゲル化することで三次元網目構造バイオナノファイバーとして漆塗料の骨材として活用することを検討する。さらに、紫外線吸収ナノ粒子を含み、作製したクライオゲルを骨材とするナノコンポジット乾漆を作製し、漆塗膜強度試験ならびに紫外線劣化試験を実施することで、本研究課題の成果をまとめる。
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