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2020 年度 実績報告書

生活空間の彩りを拡げる天然色素を用いた安全・安心なフルカラー型着色材の創製

研究課題

研究課題/領域番号 18H00963
研究機関静岡大学

研究代表者

河野 芳海  静岡大学, 工学部, 准教授 (50334959)

研究分担者 福原 長寿  静岡大学, 工学部, 教授 (30199260)
冨田 靖正  静岡大学, 工学部, 准教授 (50303532)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード天然色素 / 無機層状化合物 / インターカレーション / 有機無機複合材料 / 安定化剤 / ヒンダード構造
研究実績の概要

研究実施計画に従い,天然色素と無機材料複合体に対する種々の安定化剤の添加効果を調査した。粘土モンモリロナイトの層間をあらかじめ界面活性剤分子で有機修飾しておくことにより,色素分子と粘土層間空間との親和性を著しく向上させたうえで,天然色素であるβカロテンとともに安定化剤を高濃度の混合溶液として同時に添加するという手法を用いて,粘土層間にβカロテンと安定化剤分子を共存した状態で取り込める技術を開発した。
安定化剤として,ポリマーの安定性向上に効果を示すことが知られているヒンダードアミンやヒンダードフェノール系化合物の利用を試みたところ,ヒンダードフェノールが特に安定性向上に高い効果を示すことを見出した。また,粘土層間の有機修飾による疎水化の度合いにより,効果的な安定化剤の種類(分子構造)が異なることが分かったが,これは安定化剤分子の疎水空間への親和性によるものであることを明らかとした。いっぽう,天然色素・無機材料複合体の劣化試験の条件によっても安定化剤の効果が違った。すなわち,厳しい加速劣化条件ではヒンダード構造は比較的不利であったが,長期にわたりゆっくりと劣化が進むような,より実用条件に近い状態ではヒンダードフェノールが極めて高い安定化効果を示すことが見出された。
以上のように,実際の使用条件下で無機材料に複合化した天然色素の安定性を向上する目的に対して,ヒンダードフェノール系化合物が非常に高い効果を示すことを明確にし,天然色素・無機材料複合体の色材としての応用可能性を高めた。

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

無機材料に複合化した天然色素に対し,ポリマー等で実用化されている安定化剤の一部が効果を示すことを明らかとした。これにより,無機材料との複合化だけでは安定化効果が不十分だった天然色素複合体に対し,実用条件で求められる安定性を実現する手法のひとつを実現した。今後はこの複合材料をプラスチックの着色に利活用することを目指すが,その際もポリマーに用いられる安定化剤がそのまま色素複合体の安定性向上にも資する可能性があり,材料設計のうえで大きな指針となることが期待できる。以上のように,当該年度の実績は概ね当初計画に沿ったものである。

今後の研究の推進方策

これまでの研究で得られた知見をもとに,天然色素と無機材料複合体を,主にプラスチックの着色材料として利用できるようにすることを目指す。加速劣化試験を実施するにあたり,実用条件下での退色抑制の目標として,通常の環境下の換算で6ヶ月以上,色調の変化が起きない材料を開発する。ポリマー材料との混合操作によって複合体の退色を引き起こさない技術の開発がひとつの鍵であり,加えて,ポリマーと混合した状態で光および熱による色素の劣化が抑制されるような無機材料複合体の選定を要する。ホストとなる無機材料に求められる性質は,着色に用いる天然色素,あるいは混合するポリマーの種類によって条件が異なることが推測される。そこで,複合化する色素の分子構造に適しており,かつポリマーの性質を損なわない無機材料の選定方針を確定し,さまざまなプラスチックの着色用途への天然色素・無機材料複合体の利用を実用レベルで可能とする技術を確立する。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件)

  • [雑誌論文] Synthesis, crystal structure and ionic conductivity of MgAl2X8 (X=Cl, Br)2021

    • 著者名/発表者名
      Tomita Yasumasa、Saito Ryo、Morishita Makoto、Yamane Yohei、Kohno Yoshiumi
    • 雑誌名

      Solid State Ionics

      巻: 361 ページ: 115566~115566

    • DOI

      10.1016/j.ssi.2021.115566

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilization of Cu-Chlorophyllin by Incorporation into Hydrotalcite Interlayer2020

    • 著者名/発表者名
      KATSURA Naoya、SHIBATA Masashi、KOHNO Yoshiumi、TOMITA Yasumasa、WATANABE Ryo、FUKUHARA Choji
    • 雑誌名

      Journal of the Japan Society of Colour Material

      巻: 93 ページ: 280~287

    • DOI

      10.4011/shikizai.93.280

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis, Crystal Structure, and Ionic Conductivity of MgAl2-xGaxCl8 and MgGa2Cl7Br2020

    • 著者名/発表者名
      Tomita Yasumasa、Saito Ryo、Nagata Ayaka、Yamane Yohei、Kohno Yoshiumi
    • 雑誌名

      Energies

      巻: 13 ページ: 6687~6687

    • DOI

      10.3390/en13246687

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication and charge-discharge properties of composites of LiF and NixMn1-xO solid solution for cathode material of Li-ion secondary battery2020

    • 著者名/発表者名
      Tomita Yasumasa、Kimura Noritaka、Nasu Hisomasa、Kohno Yoshiumi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Electrochemistry

      巻: 50 ページ: 917~923

    • DOI

      10.1007/s10800-020-01444-x

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optimisation of organic solvent-pH buffer solutions to improve the photochromic performance of plant‐derived 3‐deoxyanthocyanidin dye2020

    • 著者名/発表者名
      Tasaki Kumiko、Kohno Yoshiumi、Shibata Masashi
    • 雑誌名

      Coloration Technology

      巻: 136 ページ: 417~426

    • DOI

      10.1111/cote.12484

    • 査読あり
  • [学会発表] 高分散酸化鉄を可視光応答型光触媒とした水中有機物の酸化分解の反応機構2021

    • 著者名/発表者名
      大村将輝、澤玲、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      第127回触媒討論会
  • [学会発表] プロトン化した青色β-カロテンの粘土複合体中での劣化機構2021

    • 著者名/発表者名
      天野ちなみ、柴田雅史、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] メソ細孔体への充填による揮発性防虫剤の放出制御2021

    • 著者名/発表者名
      河野芳海、名取貴章、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] 無機固体の親水性表面への吸着によるクロロフィルの安定性向上2021

    • 著者名/発表者名
      桂尚也、柴田雅史、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
  • [学会発表] 有機修飾ハイドロタルサイトとの複合化による除草剤の徐放性の付与2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木惇平、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      第71回コロイドおよび界面化学討論会
  • [学会発表] 高分散酸化鉄を光触媒として用いる可視光照射下での水中有機物の分解除去2020

    • 著者名/発表者名
      大村将輝、澤玲、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      第126回触媒討論会
  • [学会発表] 酸点を有する疎水性シリカへの吸着によるβ-カロテンの色調制御2020

    • 著者名/発表者名
      尾﨑眞希、柴田雅史、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      色材研究発表会2020
  • [学会発表] ハイドロタルサイト層間への挿入による銅クロロフィリンの安定化2020

    • 著者名/発表者名
      桂尚也、柴田雅史、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      色材研究発表会2020
  • [学会発表] 有機修飾粘土と複合化した疎水性蛍光色素の安定性と発光特性に及ぼす分子サイズの影響2020

    • 著者名/発表者名
      清雄一、柴田雅史、河野芳海、渡部綾、福原長寿
    • 学会等名
      色材研究発表会2020

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公開日: 2021-12-27  

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