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2020 年度 実施状況報告書

金色調光沢を発現する3-メトキシチオフェン重合体の新展開

研究課題

研究課題/領域番号 20K05614
研究機関千葉大学

研究代表者

星野 勝義  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (50192737)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード金属調光沢 / オリゴチオフェン / ラメラ結晶 / 溶液塗布膜 / 導電性ポリマー
研究実績の概要

令和2年度の研究計画に従い、①アクリル樹脂と3-メトキシチオフェン重合体のブレンド膜作製において、アクリル樹脂の分子量を2,000から996,000まで変え、得られたブレンド膜の光学物性を測定する、および②水溶性チオフェン重合体の合成条件を変え、塗布膜の光学物性との相関を調べる検討を行った。項目①においては、いずれの塗布膜とも表面が黒色光沢色、裏面(ガラス基板と接する面)が金色調光沢色となった。測色の結果、表面はa*,b*色度図においてその色座標はほぼ原点に位置し、可視光全波長域において正反射を示し、黒色光沢となることを確認した。項目②においては、チオフェン重合体の重合酸化剤に塩化鉄(Ⅲ)無水和物および塩化鉄(Ⅲ)六水和物を用いたところ、前者では正反射率28%を示すCl-イオンがドーピングされた金色調光沢膜が得られ、後者では正反射率40%を示すCl-およびFeCl4-イオンがドーピングされたブロンズ調光沢膜が得られた。そして、その機構の検討を行った結果、前者の膜は、後者の膜に比べて金属調発現構造であるエッジオンラメラ微結晶の量が少ないために反射率が相対的に低く、ラメラ層間距離が広いことに起因して金色調発現に都合がよい光学定数スペクトルをもつことが判明した。一方、後者の膜は結晶量が多いことに起因して反射率が高く、またラメラ相関距離が狭いことに起因して光学定数スペクトルがブロンズ発現に都合がよいスペクトル形をもつことが明らかにされた。

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

令和2年度の研究計画研究項目①(アクリル樹脂とチオフェン重合体において、アクリル樹脂の分子量条件を変え、塗布膜の光学物性との相関を調べる項目)については、アクリル樹脂の分子量を2,000, 15,000, 35,000, 350,000および996,000と変えてチオフェン重合体とのブレンド膜を作成し、予定通り膜表面が黒色、裏面が鮮やかな金色調光沢色となるサンプルを作成できた。そして、計画通り、それらサンプルの測色と反射率のデータを取得した。すなわち、令和3年度以降に実施予定の膜の構造・形態解析に対する準備を整えることができた。
令和2年度の研究計画研究項目②(水溶性チオフェン重合体の合成条件を変え、塗布膜の光学物性との相関を調べる)については、異なる2種の酸化剤を用いて合成した2種の水溶性チオフェン重合体は、金色調とブロンズ調の色度をもつ塗布膜を与えた。そして、その重合体の詳細な物性測定を行い、論文報告を行った。その結果、論文掲載元の米国化学会からニュースリリースされるとともに国外10のメディアに紹介された。さらにその続編として、当初の計画通り、酸化剤滴下時間を変えて、重合体の合成を行った。その結果、重合体塗布膜の色を金色調からブロンズ調まで変えることができる実験結果が得られた。次いで、重合体塗布膜の光学物性特性(測色および反射率の測定)を測定し、令和3年度以降に実施予定の膜の構造・形態解析に対する準備を整えることができた。

今後の研究の推進方策

令和2年度においては、2つの大きな検討項目を設定したが、いずれも計画通り順調に進展している。そして、その項目を進める過程で、予期せぬ興味深い事象を見出すことができた。すなわち、水溶性のチオフェン重合体を合成する際に、滴下時間を変えた検討を行ったところ、滴下時間が短いほどその塗布膜の色度が金色調となり、滴下時間が長いほど膜の色度がブロンズ調になることを見出すことができた。この発見は、滴下条件という非常に簡便な条件制御で、塗布膜の金属光沢色を金色調からブロンズ調まで段階的に変えることができることを示しており、学術的にも工学的にも重要な知見であると判断される。
研究項目①において、令和2年度は計画通り進行したので、令和3年度は計画通りブレンド膜の薄膜X線回折測定(XRD)によりラメラ微結晶の存在の有無を確認する。さらに、膜の表裏両面についてX線光電子分光分析(XPS)を行い、チオフェン重合体の存在比率を調べる。また、塗布膜断面のエネルギー分散型X線分光分析(SEM-EDX)を行い、ラメラ微結晶の膜厚方向の分布状態を定める予定である。
研究項目②においても計画通り進行しているので、当初の計画に従い、金色調からブロンズ調にわたる塗布膜のXRD測定およびゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)の分析を行い、膜中のラメラ結晶の量や重合体分子量が色度に及ぼす影響について検討する。
令和3年度以降には、新規項目として水溶性チオフェン重合体と水溶性透明樹脂のブレンド膜作製にとりかかる。水溶性透明樹脂としては、ポリビニルアルコール、ポリエステル等を選定し、まずはその色度や光沢がどうなるのかを検討したい。

備考

千葉大学工学研究院星野勝義研究室ホームページ http://hoshino-nanoelectrochem.tp.chiba-u.jp/

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) 備考 (4件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] 高分子量チオフェンオリゴマーを用いた金色調・ブロンズ調を発現する水性塗料の開発2021

    • 著者名/発表者名
      星野勝義, 立木美奈子, 塚田 学
    • 雑誌名

      色材協会誌

      巻: 94 ページ: 40-46

    • DOI

      10.4011/shikizai.94.40

    • 査読あり
  • [雑誌論文] チオフェン重合体を用いた金色調・ブロンズ調の水性塗料の開発2021

    • 著者名/発表者名
      星野勝義, 立木美奈子, 塚田 学
    • 雑誌名

      機能材料

      巻: 41 ページ: 44-55

  • [雑誌論文] 有機金属色調光沢材料における「機能」と「意匠」を 両立する素材としての可能性について2021

    • 著者名/発表者名
      山田 渉, 杉浦聡哉, 星野勝義
    • 雑誌名

      Material Stage

      巻: 20 ページ: 20-24

  • [雑誌論文] Oligo(3-methoxythiophene)s as Water-Soluble Dyes for Highly Lustrous Gold- and Bronze-like Metal-Effect Coatings and Printings2020

    • 著者名/発表者名
      Minako Tachiki, Reo Tagawa, Katsuyoshi Hoshino
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 5 ページ: 24379-24388

    • DOI

      10.1021/acsomega.0c02752

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 金色調光沢膜物性に及ぼすドーパント種の影響2021

    • 著者名/発表者名
      土井浩敬、久保美菜子、塚田 学、星野勝義
    • 学会等名
      日本化学会第101春期年会
  • [学会発表] 水溶性金属調光沢ポリマーブレンド膜の作製とその物性2021

    • 著者名/発表者名
      菅原 綜太、塚田 学、星野 勝義
    • 学会等名
      第 38 回 高分子学会千葉地域活動若手セミナー
  • [学会発表] 共重合によるチオフェンオリゴマーの合成と塗布膜の物性2021

    • 著者名/発表者名
      加賀谷 優歩、星野 勝義、塚田 学
    • 学会等名
      第 38 回 高分子学会千葉地域活動若手セミナー
  • [学会発表] 金色調光沢膜を与える 3-メトキシチオフェンオリゴマーの重合温度検討2020

    • 著者名/発表者名
      佐野 凌平、塚田 学、星野 勝義
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 3-アルコキシチオフェンオリゴマーの合成とその塗布膜物性2020

    • 著者名/発表者名
      斉藤涼太、塚田 学、星野勝義
    • 学会等名
      第70回高分子学会年次大会
  • [学会発表] 3-アルコキシチオフェンオリゴマーを用いた金属調光沢材料の開発2020

    • 著者名/発表者名
      塚田 学、斉藤 涼太、星野 勝義
    • 学会等名
      第69回高分子討論会
  • [備考] 革新的新素材!金属を含まない金色の塗料・プラスチックの開発

    • URL

      https://www.chiba-u.ac.jp/research/coe_gp/result/engineering/result21.html

  • [備考] 金属を含まない金色調・ブロンズ調の水性塗料を開発 -人や環境に優しい金属調加飾・印刷の実現へ

    • URL

      https://www.chiba-u.ac.jp/others/topics/info/20201023metal.html

  • [備考] CIRIC新着情報

    • URL

      https://ciric.chiba-u.jp/

  • [備考] 千葉大、金属を含まない金色調塗料を水性系に改良

    • URL

      https://tenbou.nies.go.jp/news/jnews/detail.php?i=30572

  • [産業財産権] 塗工液および金属光沢膜2020

    • 発明者名
      立木美奈子、星野勝義
    • 権利者名
      立木美奈子、星野勝義
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-030788
  • [産業財産権] 金属光沢を発現する膜及びその膜を生成する塗料2020

    • 発明者名
      塚田 学、星野勝義
    • 権利者名
      塚田 学、星野勝義
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-123593

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公開日: 2021-12-27  

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