防護服・PPEのための新規機能・構造材料の創製および現場活動に即した評価法の確立

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H01789
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 森川 英明 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10230103)
• 研究分担者: 澤田 晋一 東京福祉大学, 教育学部, 教授 (00167438) ; 篠原 克明 国立感染症研究所, バイオセーフティ管理室, 主任研究官 (60117356) ; 山内 正剛 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 放射線障害治療研究部, 上席研究員(定常) (00260240) ; 嶋崎 典子 国立感染症研究所, インフルエンザウイルス研究センター, 研究員 (80466193) ; 亀谷 英杏 文化学園大学, 服装学部, 助教 (00434176) ; 若月 薫 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (60408755) ; 鮑 力民 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10262700) ; 倪 慶清 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (00252544) ; 坂口 明男 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (40205729) ; 後藤 康夫 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60262698) ; 西井 良典 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (40332259) ; 佐古井 智紀 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (70371044) ; 堀場 洋輔 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (00345761)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 防護服 / 安心・安全 / 繊維 / 衣服 / 高分子材料 / 極限環境 / 温熱快適性 / 危機管理

研究実績の概要

本研究は日本における個人防護服（Personal Protective Equipment）に関する研究基盤を構築し，当該領域の研究を先導的に推進することを目的としている．本年度は昨年度に引き続き，以下の取り組みを進めた．①Mechanical Protection：防刃効果に寄与する特殊織構造の試織および防刃効果の評価を進めた．また軽量高強度材料として期待されるBCによる防刃材料の試作・評価も行った（鮑，坂口，倪，森川）．②Thermal/Fire Protection：防火服に求められる性能や既存の評価法の問題点などが明らかになってきたことから，これらを改善するための新たな評価法，および防火服全体の設計法に関する研究を進めた（若月，森川）．③BiologicalHazard Protection：感染症防護素材の構造と機能の関係性を捉えるための評価・解析の試みを進めた．一方で，超撥水性を有する新たな素材としてナノファイバーとナノビーズを複合させた新規機能性繊維材料の開発を進めた（森川，後藤）．また水中作業用防護材料としてヒルなどの生物防除（忌避効果）を有する生物活性物質に関する実用性等の応用研究を進めた（西井）．④Chemical Hazard Protection：生物由来の新規放射線遮蔽材料を開発し，諸評価を行うことでこれまでに知られていない現象を確認できた（山内，森川）．⑤PPE全般の課題として，防護服の温熱快適性，および動作性の問題がある．これらについてはWBGT等の基礎的研究やシミュレーションによる防護服設計技術に関する検討を進めた（亀谷，森川，若月，堀場，佐古井）．⑦ISO/TC94，SC/13会議に出席しISO規格について議論・意見交換を行った（山内，篠原，澤田，若月）．⑧南通大学など海外の大学・研究者と本研究課題分野について学術交流を行った（森川，鮑，若月）．

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

本課題により防護服分野における研究ニーズを把握し，それらを４つの防護分野として設定しながら，関連する研究分担者と分野融合的な研究を進めてきた．昨年度と来年度も含めた2017～2019年度の３年間は研究予算が少ないため，具体的な素材開発や関連する研究の拡張はできず限定的であったが，防刃，防炎・耐熱，感染防護に関しては，必要となる新たな防護性能評価手法（物性の定量化や素材の構造評価法）を複数の評価指標について確立しつつある．また新規防護素材の試作開発も可能な範囲で進め，既製品と共にこれらの材料群を新たな評価法に基づいて位置づけすることにより，設計に必要となるパラメータ類を明らかにする検討が進んだ．今後はこれらの指標間の因果関係などを明らかにして，より高度な機能を有する材料の設計・開発に寄与できるようにしたい．材料研究全般については，繊維構造材料・複合材料，ナノマテリアルをベースに，さらに極限環境下で機能する材料開発へと進展させた．一方，今後の個人防護服（PPE）の「衣服」としての課題は，「人間－衣服系」の視点から，快適性・動作性など活動をよりスムースにするための改善部分にあり，このための設計法の検討を進めた．この２ヶ年度でアパレルCAD技術やシミュレーション技術が有用であることが確認でき，今後，さらに設計法の枠組みを構築することが可能と考えている．これらも一定の成果を上げてきている．

今後の研究の推進方策

2019年度は本課題の最終年度となる．これまでの各研究成果をまとめ，関係者で今後の本領域での学術研究の在り方を検討する段階にあると考える．防刃分野については，繊維紡織技術と材料の複合化技術を元に新たな特性を有する高強度軽量防刃材料の指針をまとめる．防火・耐熱については，この４年間に検討・設計・構築した評価法について整理し，ISOやJIS等の標準化技術と照らし合わせながら，防護服を必要とするセクション（官公庁）や産業界との意見交換に進めたいと考えている．防護素材として有望な機能性繊維材料の開発については，ファイバーレベルでの機能化（防護材料として期待される湿式不織布等の紡糸技術，高機能ナノファイバーの創製技術，および新たな生物活性物質・有機合成物質等の繊維高分子材料への練り込み・実用化）に関する研究についてまとめ，今後の当該研究分野の新たなフレームを作成したい．また衣服としての防護服研究では，「人間－衣服系」の視点にたって温熱快適性・動作快適性の評価指標，設計方法について整理しまとめる．これらの一連の結果について，できれば警察庁・消防庁・国立感染症研究所などの関連省庁・評価機関と情報交換する場を作って行きたいと考えている．

研究成果

• [国際共同研究] Technical University of Liberec(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Technical University of Liberec
• [国際共同研究] Indian Institute of Technology, Delhi(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: Indian Institute of Technology, Delhi
• [国際共同研究] Nangtong University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Nangtong University
• [雑誌論文] Hybrid-Fiber-Reinforced Composite Boards Made of Recycled Aramid Fibers: Preparation and Puncture Properties (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu-Chun Chuang, Limin Bao, Ching-Wen Lou, Jia-Horng Lin
  • 雑誌名: Fibers and Polymers 巻: 20, 2 ページ: 398-405
  • DOI: 10.1007/s12221-019-8868-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Drug carrier three-layer nanofibrous tube for vascular graft engineering (2019)
  • 著者名/発表者名: Ke Ma, Hong Xia, Qing-Qing Ni
  • 雑誌名: Journal of Biomaterials Science Polymer 巻: 30, 7 ページ: 501-507
  • DOI: 10.1080/09205063.2018.1493670
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A comparative study on synthesis of AgNPs on cellulose nanofibers by thermal treatment and DMF for antibacterial activities (2019)
  • 著者名/発表者名: Abdul Wahab Jatoi, Ick-Soo Kim, Qing-Qing Ni
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering C 巻: 98 ページ: 1179-1195
  • DOI: 10.1016/j.msec.2019.01.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Dopa based facile procedure to synthesize AgNP/cellulose nanofiber composite for antibacterial applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Abdul Wahab Jatoi, Hiroshi Ogawsawara, Ick-Soo Kim, Qing-Qing Ni
  • 雑誌名: Applied Nanoscience 巻: 9, 54 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1007/s13204-019-00952-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cellulose acetate nanofibers embedded with AgNPs anchored TiO2 nanoparticles for long term excellent antibacterial applications (2019)
  • 著者名/発表者名: Abdul Wahab Jatoi, Ick-Soo Kim, Qing-Qing Ni
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 207 ページ: 640-649
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2018.12.029
• [雑誌論文] Effect of covering filaments on the compression performance and failure mechanism of unidirectional fiber-reinforced plastic (2018)
  • 著者名/発表者名: Fangtao Ruan, Limin Bao
  • 雑誌名: Polymer Composites 巻: 39, 1 ページ: 247-253
  • DOI: 10.1002/pc.23924
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A simple repair method for GFRP delamination using ultraviolet curable resin (2018)
  • 著者名/発表者名: Limin BAO, Takuya OKAZAWA, Anchang XU, Jiang SHI
  • 雑誌名: Advanced Composite Materials 巻: 27 ページ: 249-259
  • DOI: 10.1080/09243046.2017.1381897
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improving bending characteristics of FRP sandwich structures with reinforcement webs (2018)
  • 著者名/発表者名: Limin BAO, Yuki MIURA, Kiyoshi KEMMOCHI
  • 雑誌名: Advanced Composite Materials 巻: 27, 2 ページ: 221-233
  • DOI: 10.1080/09243046.2017.1372117
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of hot water absorption and desorption on solid particle erosion of poly(ethylene terephthalate)-based composites (2018)
  • 著者名/発表者名: Liu Bing, Zhu Peng, Bao Limin
  • 雑誌名: J Fiber Bioeng Inform 巻: 11 ページ: 29-39
  • DOI: 10.3993/jfbim00285
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Investigation of the recycling of continuous-fiber-reinforced thermoplastics (2018)
  • 著者名/発表者名: Bing Liu, Peng Zhu, Anchang Xu, Limin Bao
  • 雑誌名: Journal of Thermoplastic Composite Materials 巻: 32, 3 ページ: 342-356
  • DOI: 10.1177/0892705718759388
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrospun sandwich configuration nanofibers as transparent membranes for skin care drug delivery systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Ke Ma, Yiping Qiu, Yaqin Fu, Qing-Qing Ni
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 53, 15 ページ: 10617-10626
  • DOI: 10.1007/s10853-018-2241-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ドナー・アクセプター置換シクロプロパンの環開裂を伴う分子内環化と分子間付加:SN1およびSN2機構を利用する高立体選択的合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西井良典
  • 雑誌名: 有機合成化学協会誌 巻: 76 ページ: 922-937
  • 査読あり
• [雑誌論文] 暑熱・寒冷環境下での作業のリスクと対策．産業医学のプリンシプル (2018)
  • 著者名/発表者名: 澤田晋一
  • 雑誌名: 産業医学ジャーナル 巻: - ページ: 258-261
• [学会発表] 逆解析を用いたホール・ドリリング法によるFRP内部残留応力測定法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西本大介, 鮑力民
  • 学会等名: 第10回 日本複合材料会議（JCCM-10）
• [学会発表] 高力学特性を持ち柔軟性に優れる複合材料の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 嶋村良太, 福田泰弘, 鮑力民
  • 学会等名: 第10回 日本複合材料会議（JCCM-10）
• [学会発表] 多ベンジル保護された有機化合物の溶解度を改善する置換ベンジル保護基と生物活性物質の全合成への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木直也、西井良典
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会
• [学会発表] D-A シクロプロパンを用いる中心不斉から軸不斉への段階的不斉転写 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山田慧、西井良典
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会
• [学会発表] キヌレニン経路上の３つの代謝中間体の不斉合成とサクラマスに対するフェロモン活性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 太田 凌太郎・山家 秀信・西井 良典
  • 学会等名: 日本化学会第99回春季年会
• [学会発表] Effect of UV and Thermal Degradation on Mechanical Strength of Firefighter Clothing (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Wakatsuki
  • 学会等名: The 11th Textile Bioengineering and Informatics Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Trend of research and development on composite material in Japan (2018)
  • 著者名/発表者名: Limin BAO
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Improving Stab-resistant of Textile Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Limin BAO
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Advanced Fiber Technology and Material Application
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regenerated Cellulose Fibers Spun from 1-Ethyl-3-methylimidazolium Diethyl Phosphate/Dimethyl Sulfoxide Cosolvent Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Jiaping Zhang, Keita Tominaga, Yasuo Gotoh
  • 学会等名: 31st Materials Science and Engineering conference
  • 国際学会
• [学会発表] Air Gap Measurement in Firefighter Clothing by a 3-D Body Scanner and its Application to Heat Transfer Analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: . Wakatsuki, S. Muramoto, M. Mizusawa, R. Seita, H. Morikawa
  • 学会等名: 8th European Conference on Protective Clothing
  • 国際学会
• [学会発表] Heat Transfer Characteristic by Water Content of Outer and Thermal Liner in Firefighter Clothing against Ordinary and Routine Heat Exposure (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Wakatsuki, M. Mizusawa, S. Muramoto, R. Seita, H. Morikawa
  • 学会等名: 8th European Conference on Protective Clothing
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Test Method on Firefighter Gloves Against Heat and its Evaluation of Current Products (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Wakatsuki, R. Shimamura, M. Mizusawa, H. Kanai, N. Watanabe, L. Bao, H. Morikawa
  • 学会等名: 8th European Conference on Protective Clothing
  • 国際学会
• [学会発表] Incident Heat and Temperature and Humidity in Firefighter's Gear During Firefighting with Wireless Sensing (2018)
  • 著者名/発表者名: R. Seita, K. Wakatsuki, S. Muramoto, M. Mizusawa, H. Morikawa and N. Watanabe
  • 学会等名: 8th European Conference on Protective Clothing
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation of polyetherimide (pei) nanoparticles on carbon fiber surface (2018)
  • 著者名/発表者名: Peng Zhu, Limin Bao
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] The influence of buffer performance when vertical fiber filled in TPU honeycomb grid (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuchun Chuang, Peyyu Chen, Limin Bao, Jiahorng Lin
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of continuous ramie fiber reinforce cellulose resin green-composites with high-strength (2018)
  • 著者名/発表者名: Ye Sun, Limin Bao
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Study of residual stress measurement by Hole-Drilling method with order and inverse analysis for fiber reinforced plastic (FRP) (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Nishimoto, Bao Limin
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of high stab-resistant material with three-dimensional structural fabrics (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohei Miyabara, Limin Bao
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of Solid Particle Erosion Behavior Influenced by Repair Method for CFRP Structure (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Maruyama, Limin Bao
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of FRP with high compression characteristics by covering yarn method - Adhesion improvement by surface modification of sheath yarn PBO fiber (2018)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Kondo, Limin Bao
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a 3D printer for modeling high strength hybrid 3-dimentional structure FRP (2018)
  • 著者名/発表者名: Wei Li, Limin Bao
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of rubber fracture behavior using tear test of car tire rubber - Making stress and strain energy distribution map at complex deformation using Mooney-Rivlin equation - (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshikatsu Ariga , Limin Bao
  • 学会等名: Japan-China Textile & Composite Symposium 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Woven Fabric Reinforced Polypropylene/ Maleic Anhydride/ Thermoplastic Polyurethane Composite Boards Made by Sheet Extrusion and Hot Pressing Methods (2018)
  • 著者名/発表者名: Ting An Lin, Ching-Wen Lou, Jia-Horng Lin and Limin Bao
  • 学会等名: The Second International Forum on Textiles for Graduate Students (IFTGS)
  • 国際学会
• [学会発表] フィラメントカバリング法によりFRPの曲げ強度の向上 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鮑力民, 桜田亮, 阮芳涛
  • 学会等名: 第9回 日本複合材料会議（JCCM-9）
• [学会発表] 高曲率コーナ構造物を適した連続繊維強化FRPの強化基布の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鮑力民, 鈴木 健太良，施健
  • 学会等名: 繊維機械学会
• [学会発表] 斜め基布構造のバグフィルタによる集塵差圧の低減 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木嶋敬昌, 三坂浩司, 飯尾良夫, 鮑力民
  • 学会等名: 廃棄物資源循環学会
• [学会発表] 高曲率コーナにおける連続繊維強化FRPの簡易な成形法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鮑力民，鈴木健太良，施建
  • 学会等名: 63rd FRP CON-EX 2018
• [学会発表] 溶液ブロー紡糸による再生セルロース極細不織布の作製と構造評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北山秀超，張佳平，古田勇城，後藤康夫
  • 学会等名: 平成30年度繊維学会秋季研究発表会
• [学会発表] イオン液体を溶媒とした再生セルロース繊維の力学物性の重合度依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 金子大陸，張佳平，山岸尚貴，後藤康夫
  • 学会等名: 平成30年度繊維学会秋季研究発表会
• [学会発表] 溶液ブロー紡糸による再生セルロースの不織布の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 北山秀超，張 佳平，後藤康夫
  • 学会等名: 平成30年度繊維学会年次大会
• [学会発表] イオン液体を溶媒とする溶液から作製したアクリル繊維の炭素化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中田蓮，田口実希，山本桜子，後藤康夫
  • 学会等名: 平成30年度繊維学会年次大会