| 研究課題/領域番号 |
21K04679
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
酒井 哲也 日本大学, 生産工学部, 教授 (70376961)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 熱硬化性樹脂 / リサイクル / 廃棄物処理 / ゼオライト / 分解 / 耐酸性 / プラスチック / 無機粒子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
耐酸性の不飽和ポリエステル樹脂と耐アルカリ性のアミン硬化エポキシ樹脂をマトリックスとし、それぞれに対し、無機系の陽イオンおよび陰イオン交換体ならびに天然ゼオライトを充填した試験片を作製する。これらを硫酸水溶液および水酸化ナトリウム水溶液および海水を想定した塩化ナトリウム水溶液にそれぞれを浸せきさせ、所定時間浸せき後、試験片の質量変化率、曲げ強度保持率を求め、劣化の程度を観察する。さらに、EDX分析によって，試験片に侵入した元素（例えば、NaOH水溶液であればNa）の深さを、顕微IRによって化学的劣化層の厚さなどを検討することで、各水溶液中における複合材料中のイオン交換体の効果を評価する。
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| 研究実績の概要 |
イオン交換機能を有したゼオライト無機粒子を、耐食用途に使用されている熱硬化性プラスチックに充填し耐食性向上効果を目指すだけでなく、むしろ“劣化促進”や海水などの中性塩水溶液環境において“崩壊・分解する”効果について検討している。現在、この環境（中性塩水溶液及び水）においてこれらの試験片について検討しているが、マトリックスである熱硬化性プラスチック自体に依存するためか顕著な反応は現在見られていない。また、この環境では結果が出るまでにさらに時間がかかるものと考えている。
これ以外にイオン交換機能を有したゼオライト無機粒子を、耐食用途に使用されている熱硬化性プラスチックに充填し“劣化促進”すなわち分解促進の効果を利用して、廃棄物処理やリサイクルにつなげるための研究を実施している。熱硬化性プラスチックであるアミン硬化エポキシ樹脂に陽イオン交換体を持つ合成ゼオライト2種を充填し、硝酸水溶液に浸せきした。ナトリウムイオンの陽イオンを有するゼオライトによるプラスチックの劣化を促進する効果と水素イオンの陽イオンを有するゼオライトによるプラスチックの劣化を抑制する効果が確認された。このことから、ゼオライトを熱硬化性プラスチックであるエポキシ樹脂に充填することで、劣化のコントロールが可能な材料の開発に繋がる可能性を見出している。
さらに、耐酸性の不飽和ポリエステル樹脂と耐アルカリ性のアミン硬化エポキシ樹脂をマトリックスとし、それぞれに対し、無機系の陽イオンおよび陰イオン交換体ならびに天然ゼオライトを充填した試験片を作製する。これらを硫酸水溶液および水酸化ナトリウム水溶液における耐久性についても引き続き検討している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
現在、順調に研究は進行しているが、水、中性塩環境における合成ゼオライト充填熱硬化性プラスチックについて、この期間では変化がみられていない。以降はこの環境について詳細に検討し結果を早急に出す必要があると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
無機粒子を充填するマトリックスとなる不飽和ポリエステル樹脂、アミン硬化エポキシ樹脂に対して、温度、濃度を変化させたアルカリ水溶液および酸性水溶液において、引き続き分解挙動を検討する。これとともに、水（イオン交換水）や海水環境を想定した中性水溶液においての分解挙動について引き続き検討する。また、今年度から開始した、アミン硬化エポキシ樹脂に合成ゼオライトに比べて100分の1以下の価格の天然ゼオライトを充填し、温度、濃度を変化させたアルカリ水溶液および酸性水溶液において、分解挙動を検討する。耐久性向上の観点から、これらの耐久性についての寿命時間を予測するためのシミュレーションする予定である。
さらに、これまでの結果から、イオン交換機能を有する無機粒子であるゼオライトはマトリックスであるプラスチックに様々な影響、例えば耐食性の向上、もしくは分解性の向上を誘引する役割を示していることから、生分解性プラスチックへの充填を計画している。この生分解性プラスチックを使用した試験片を作製するために、射出成型機の購入も予定している。
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