| 研究課題/領域番号 |
17K05980
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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) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | イオン交換ゼオライト / アミン硬化エポキシ樹脂 / ライニング / 耐食性 / 硫酸 / コンクリート |
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| 研究実績の概要 |
下水道環境における微生物由来の硫酸によるコンクリートの腐食に対し、抑制するためのライニング材の開発を主な目的としている。コンクリートとの接着性は良いが、耐酸性に劣るアミン硬化エポキシ樹脂の使用を基本にし、無機（イオン交換ゼオライト）粒子の充填により、耐酸性の向上を目的とした研究を行っている。
試験材料は、アミン硬化エポキシ樹脂および充填材としてイオン交換機能を有する2種類の合成ゼオライトで、Naイオンを有する合成ゼオライトと、このゼオライトと母体構造が同じでHイオンを有する２種類のゼオライトを使用した。比較のために一般的な充填物であるアルミナの計3種類を実験に使用した。各試験材料は、樹脂および硬化剤と充填物がかさ密度で0，10，20，30，40，50，60vol％となるように調整し、樹脂に対して消泡剤を0.5phr添加し、室温・大気中で厚さ2mmの板状に注型し、50℃一定で24時間の硬化後，80℃一定で3時間の二次硬化を行った。さらに、長さ60mm、幅20mmに切断したものを試験片として使用した。試験環境は50℃10mass%の硫酸水溶液中で試験片を単純に浸漬させる方法によって行った。耐食性の評価は試験片断面をエネルギー分散型X線分析（以下EDS）によって、硫酸由来の硫黄の存在分布を測定し、侵入深さから侵入速度を算出した。
その結果、Alを充填した試験片は充填量が増えるにつれて硫酸の浸入が顕著であった。対してゼオライトを充填することによって、Hイオンは20％以上、Naイオンは30％以上充填することにより樹脂単体よりも硫酸の浸入は抑制された。以上の結果からイオン交換合成ゼオライトを充填することにより硫酸の浸入を抑制する効果があるが、最適な充填量が存在することを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
アミン硬化樹脂にゼオライトを充填するが、低充填ではゼオライトの沈降によって試験片の作製が困難であった。完全に硬化するまで30分間隔で回転させることによって、おおむね樹脂中に均等に分散した試験片を作製することができたが、これにかなりの時間を要した。
アルカリに対し加水分解反応によって劣化する不飽和ポリエステル樹脂（オルソフタル酸系）にこれらのイオン交換樹脂を充填し、アルカリ環境に浸漬することで、イオン交換反応と耐食性の効果について検討することを目的に試験片の作製に取り掛かった。しかし、アルカリ性を示すゼオライトを充填した場合、常温では硬化せず、50℃の熱を加えることで硬化することを確認した。この試験片作製に時間を要したことも遅れとなった。
現在、アミン硬化樹脂をマトリックスとした試験片については硫酸環境を温度、濃度を変化させた状態で行う予定である。不飽和ポリエステル樹脂については充填量の違いについても実験を行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
イオン交換機能を有するゼオライトをアミン硬化樹脂および不飽和ポリエステル樹脂に充填し試験片を作製した結果、沈降による不均一、イオン交換反応による樹脂の未硬化が確認されたが、これらの問題をクリアすることはできた。
アミン硬化樹脂をマトリックスとした試験片については硫酸環境を温度、濃度を変化させた状態で行う予定である。不飽和ポリエステル樹脂については50Vol％の充填量の試験片に加えて、充填率の変化に研究を行う予定である。これらからイオン交換機能を有する合成ゼオライト耐食性の向上効果についてのメカニズムを引き続き検討を行っている。
さらに，硫酸の温度及び濃度を変化させた環境において実験を行い、温度-濃度換算即により寿命予測を行う予定である。
次に、この合成ゼオライトをオルソフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂に充填し，試験環境を水酸化ナトリウム水溶液とした検討を行い、アルカリ環境においてこの合成ゼオライトのイオン交換反応を利用することで、耐食性の向上効果の有無を検討する。
アミン硬化樹脂に対し硫酸、不飽和ポリエステル樹脂に対し水酸化ナトリウムの環境にイオン交換ゼオライトがどのように機能するのかを解明することによって、耐食性の向上メカニズムを明らかにできるものと考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究はイギリス、マンチェスターのThe University of Manchester，School of Materials, Corrosion and ProtectionにおいてProf. Stuart LyonおよびPh.D Teruo Hashimotoと打ち合わせ、分析する予定であった。しかし、試験片作製に時間がかかったことにより打ち合わせ（招へいもしくは渡航）、国際会議など発表するデータがまとめられなかったために旅費の使用を繰り越すこととなった。
2019年年度においては2019年8月にオーストラリア、メルボルンで行われる国際会議ICCM22に参加予定であり、秋から冬にかけてこれらの結果を論文にするための打ち合わせ（招へいもしくは渡航）を計画している。
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