Elucidation of the Mechanism of Surprisingly Improved Film Formation Property of Solid-State Polymer Coatings by Applying Chemical Reactions of Active Metals

阐明通过应用活性金属的化学反应令人惊讶地改善固态聚合物涂层的成膜性能的机制

基本信息

批准号：
21H01664
负责人：
小川和洋
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

これまで研究代表者らは，科学研究費［基盤研究(A) ：17H01235（2017～2019 年度）］において，コールドスプレー法と呼ばれる成膜技術を用いた樹脂材料の固相成膜に成功してきた．この際，樹脂材料の成膜には，活性なナノアルミナを数％添加することが重要であり，このナノアルミナが正に帯電していること，および粒子表面に水酸基を有することにより水素接合を促し，数mm の厚い皮膜形成に寄与したことを明らかにしてきた．しかし，ナノアルミナ添加により粒子間強度は十分であるものの，金属基材と皮膜間の界面強度が不十分であり，成膜効率の低下を引き起こすことが問題となっていた．しかし，上記科研費が終了する間際に偶然見つけだした成果として，基材と樹脂皮膜の界面にチタンが存在することで飛躍的に，成膜効率ならびに界面強度が向上することを突き止めた．しかしチタンチタン中間層がどのように成膜に関与するか，コールドスプレー成膜条件との相関はあるのか，他の金属材料は同様の効果を有するのか，等が全くわかっていない．本申請においては，実験的および数値解析的アプローチにより，金属中間層(以下，ボンドコートという)による成膜性（ここで成膜性は，主に成膜効率および界面強度を示す．）改善のメカニズムを解明し，異種材料成膜に関する学術基盤を構築するとともに，安全性・信頼性に富む汎用性の高い異種材料成膜技術の開発を進めている．これまでに，チタンボンドコートによるフッ素系樹脂皮膜の成膜性改善効果のメカニズム解明に取り組み，その結果，チタンボンドは，成膜時の表面粗さが他の金属よりも粗く，これによる機械的な締結と活性なチタンによる化学的な締結の双方の効果により成膜性が向上することを明らかにしてきた．

迄今为止，研究代表们在科学研究补助金[科学研究补助金（A）：17H01235]下，利用称为冷喷涂法的成膜技术，成功地形成了树脂材料的固相膜。 (2017-2019财年)] ．此时，重要的是添加百分之几的活性纳米氧化铝以形成树脂材料的膜，并且这种纳米氧化铝带正电并且在颗粒表面具有羟基，这有利于氢键合。已澄清这有助于形成几毫米厚的薄膜。然而，虽然由于添加了纳米氧化铝而粒子间强度足够，但金属基材与膜之间的界面强度不足，导致成膜效率降低，这一直是问题。然而，由于在上述科研资助金接近尾声时的偶然发现，我们发现基材和树脂膜之间界面处钛的存在极大地改善了成膜性。效率和界面强度。但钛中间层如何参与成膜、与冷喷涂成膜条件是否存在相关性、其他金属材料是否也有类似作用等尚不完全清楚。在本申请中，我们将通过实验和数值分析的方法来阐明通过金属中间层（以下称为结合层）来提高成膜性（这里，成膜性主要指成膜效率和界面强度）。我们在研究安全、可靠、通用性强的异种材料沉积技术的同时，也在为异种材料沉积奠定学术基础。迄今为止，我们一直致力于阐明钛结合剂涂层对改善氟树脂薄膜成膜性的作用机理，结果发现钛结合剂在成膜过程中比其他金属具有更粗糙的表面，并且这会导致机械问题。已经表明，通过化学键合和活性钛键合的作用可以改善成膜性。