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2019 年度 実施状況報告書

環境変化に対応する波長制御型の新規繊維製品UVカット物質の創成に関する基礎的研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K02201
研究機関弘前大学

研究代表者

安川 あけみ  弘前大学, 教育学部, 教授 (70243285)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードUVカット / アパタイト / チタン / セリウム / 綿布
研究実績の概要

Ti:Ce:Caの割合を種々に変えたTiCeCaHap固溶体粒子を湿式法により調製した。Ti/(Ti+Ce+Ca) = 0.01,Ce/(Ti+Ce+Ca) = 0.01,Ca/(Ti+Ce+Ca) = 0.98の条件で得た粒子をTi1Ce1と名付け,これ以外にTiおよびCeの比率を変えた場合もそれに準じてサンプル名とした。得られた粒子の構造をXRD,FE-SEM,EDS分析,TG-DTAで調べたところ,Ti:Ce = 1:1の条件では,Ti3Ce3までは純粋なアパタイト結晶相の粒子が得られるが,Ti5Ce5ではアパタイト以外の結晶相との混合物になることがわかった。本研究の1年目までの研究により,TiCaHapではTi/(Ti+Ca)が0.40以下,CeCaHapではCe/(Ce+Ca)が0.01以下で純粋な固溶体が得られることがわかっているので,Tiの比率だけを上げたところ,Ti5Ce3およびTi10Ce3も混合物であることがわかった。これらの結果より,CaHap,Ti0.5Ce0.5,Ti1Ce1,Ti2Ce2,Ti3Ce3の5種類の粒子について,UV-vis(反射法)でUV吸収性能を調べた。CaHap粒子は特に紫外線(UV)吸収能を有していなかったが,TiならびにCe含有量が増加するとともに粒子のUV吸収能が向上した。本研究の1年目までの研究により,TiはUVB領域(波長320-280 nm)で,CeはUVA領域(400-320 nm)で吸収能が高いことがわかっていたが,本研究で得られたTiCeCaHap粒子はUVB,UVA両領域にわたって強い吸収能をもつことがわかった。したがって,夏物衣料の材料として多く用いられている綿布等にTiCeCaHap粒子を担持することにより,広い領域のUVをカットできる被服材料の作製が期待できる。

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

本研究の目的は,太陽光のうち地表に到達する紫外線,すなわち,UVB(波長領域320-280 nm)およびUVA(400-320 nm)をともに十分に吸収する物質や,使途に応じてUV吸収波長を制御できる物質を合成し,布に担持して布のUVカット加工に利用することである。本研究の1年目はUVBをよく吸収するTiCaHap粒子を調製し,それらの構造とUV吸収能を調べた。過去に得たUVAをよく吸収するCeCaHap粒子と比較検討した。2年目にあたる昨年度は,TiとCeを両方含有したTiCeCaHap固溶体粒子を調製し,TiならびにCeの含有比率と得られた粒子の構造を詳細に調べた。この結果,TiならびにCeの含有量が増加するとともに,粒子のUV吸収能が向上した。それに加えて,TiCeCaHapはTiCaHapやCeCaHapよりも広い波長領域のUVを吸収することがわかった。また,CeCaHapでは1%までしかアパタイト結晶中に入らなかったCeが,TiCeCaHapにおいては3%まで含有することがわかり,これはUV吸収物質の獲得の上だけでなく,陽イオン交換アパタイトの合成分野でも興味深い,大きな成果と言える。
一昨年度,TiCaHap粒子およびCeCaHap粒子を綿布に担持して,布のUVカット加工を行い,加工布のUVカット性能を調べたが,今後はTiCeCaHap粒子を綿布等の被服材料に担持してUVカット加工布を作製する予定であり,その基となるTiCeCaHap粒子が計画どおりに調製でき,期待できるUV吸収能を有していることがわかったことは,本研究が計画に沿って順調に進行しているものと言える。

今後の研究の推進方策

これまでの研究から得られたTiCeCaHap 粒子調製とその構造と性質を学術雑誌に公表する。並行して,TiCeCaHap粒子を綿布等の基質に担持して,得られた加工布のUVカット性能や他の種々の性質を調べる。布への粒子担持は,これまでTiCaHap粒子やCeCaHap粒子を用いて行った後加工,すなわち,粒子分散液中に基質の布を浸漬して行う浸漬法を基本とする。この加工法に不都合が生じた場合や,得られた加工布のUVカット性能が不十分な場合は,カチオン処理剤などのバインダーを用いた前処理も視野に入れて,高評価の得られる粒子担持法を実施する。加工布のUVカット性能が高くても,加工により布の本来の性質が損なわれては本末転倒である。例えば,布の吸水性,保温性,はっ水性,通気性などの生理機能に大切な要素や,防しわ性,硬さ,滑らかなどの審美性に大切な要素,それに加えて強度などを調べ,加工の前後で大きな性能低下がないかどうかを調べる。さらに,被服は着用と洗浄の繰り返しが基本であるから,洗濯によるUVカット性能の大きな低下がないかどうかも調べる。

次年度使用額が生じた理由

県内の産業技術センターならびに学内の共同機器分析センターでの機器使用料に関して,使用料の値上げの可能性を告げられていたが,従来の単価での使用が可能であったこと,加えて,予定していたサンプルよりも数がいくらか少なくて済んだために費用が抑えられた。依頼試験について,予定していたサンプルよりも数がいくらか少なくて済んだため費用が抑えられた。出張旅費について,年度末に予定していた出張がCOVID-19感染予防の観点で中止となったために費用が抑えられたものである。
次年度の使用計画としては,元々予定している結晶構造や電顕観察の測定に加え,表面構造を調べる測定を計画している。また,依頼試験のサンプル数を増やす予定である。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Ultraviolet shielding properties of cotton fabric supported by titanium-calcium hydroxyapatite solid solution particles2020

    • 著者名/発表者名
      A. Yasukawa, A. Sohma
    • 雑誌名

      Textile Research Journal

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1177/0040517519898157

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fabrication of cotton fabric with superoleophilic/superhydrophobic characteristic on the modified surface by using fluoroalkyl end-capped vinyltrimethoxysilane oligomeric silica/triazine derivative nanocomposites2020

    • 著者名/発表者名
      K. Yamashita, A. Yasukawa, H. Sawada
    • 雑誌名

      Coatings

      巻: 10(2) ページ: 174

    • DOI

      10.3390/coatings10020174

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 多交織布を用いた染色実験方法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      安川あけみ,鷹木希実
    • 雑誌名

      東北家庭科教育研究

      巻: 19 ページ: 9-16

    • 査読あり
  • [雑誌論文] エアバブル水ならびにオゾンバブル水による各種染色絹布の退色性2020

    • 著者名/発表者名
      安川あけみ,服山桃子
    • 雑誌名

      弘前大学教育学部紀要

      巻: 123 ページ: 141-147

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] CeCaHap粒子を用いたセルロースフィルムならびに綿布のUVカット加工2019

    • 著者名/発表者名
      安川あけみ,後藤景子
    • 雑誌名

      Journal of Fiber Science and Technology

      巻: 75(12) ページ: 200-208

    • DOI

      10.2115/fiberst.2019-0024

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Factors of increase in demand of elastic garments in Japan2019

    • 著者名/発表者名
      A. Yasukawa, M. Ozawa
    • 雑誌名

      Bulletin of the Faculty of Education Hirosaki University

      巻: 122 ページ: 99-106

    • オープンアクセス
  • [学会発表] UV shielding properties of cotton fabrics supported by various cation exchanged calcium hydroxyapatite particles2019

    • 著者名/発表者名
      A. Yasukawa, A. Sohma, J. Tamura
    • 学会等名
      Comfort and Smart Textile International Symposium 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] CeおよびTi含有CaHapの後加工による布のUVカット性2019

    • 著者名/発表者名
      安川あけみ,田村淳奈
    • 学会等名
      (一社)日本繊維製品消費科学会 2019年年次大会
  • [学会発表] ふじリンゴの果皮を用いた布の染色2019

    • 著者名/発表者名
      安川あけみ,服山桃子
    • 学会等名
      (一社)日本家政学会 第71回大会
  • [学会発表] 多交織布を用いた染色実験方法の検討2019

    • 著者名/発表者名
      安川あけみ,鷹木希実
    • 学会等名
      日本家庭科教育学会東北地区会2019年度(第42回)大会
  • [図書] 弘前大学レクチャーコレクション 学びの世界へようこそ「光れ,輝け,無限の可能性を秘めたあなた達」2020

    • 著者名/発表者名
      高瀬雅弘,安川あけみほか
    • 総ページ数
      307
    • 出版者
      弘前大学出版会
    • ISBN
      978-4-907192-86-0

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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