Elucidation of temperature- humidity dependence of photo-aging mechanisms for polymeric coatings on building use and accompanying macroscopic properties change

阐明聚合物涂层光老化机制对建筑用途的温度-湿度依赖性以及伴随的宏观性能变化

• 批准号: 19J20126
• 负责人: 石田 崇人
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J20126/
• 关键词: マルチスケール劣化解析; 光劣化; 反応kineticモデル; 自動酸化反応; 内部構造変化; ケモインフォマティクス; 光劣化・紫外線劣化; 高分子材料; 数理物理; 劣化メカニズム; 材料長寿命化; 材料評価; PALS(陽電子消滅)

本年度は，当該研究課題の最終年度にあたる．前年度に引き続き，自作紫外線照射装置を用い建材用高分子クリア塗膜(モデル試料)を対象に劣化サンプルを作成し，化学構造レベルのミクロスケールから要求性能などマクロスケールにわたる横断的な劣化の分析「マルチスケール劣化解析」を実施した．本年度の主な成果は，ミクロな劣化反応機構を全て列挙した上で支配方程式を解く劣化反応kineticモデルを構築し，Progress in Organic Coatings誌に掲載された．当該の成果は北海道大学・産業技術総合研究所・パリ国立工芸学校ENSAMの3者国際協同研究として実施された．高分子材料が劣化する上で最も重要な劣化の化学反応である酸化劣化反応のkineticsを支配する反応速度論的方程式の誘導を行い，そのモデルを用いた酸化劣化の進行状況予測の妥当性検証を多角的なキャラクタリゼーションを通じて行った．2021年度までに本研究課題に取り組んできた結果として，光劣化におけるミクロ・メソスケールにおける劣化予測モデルの構築を達成し，マクロな物性変化とも半定量的に比較可能な予測精度・スケール横断の可能性を見ることができた点において，2019年度から現在まで当研究課題は非常に順調に成果が得られたと言える．今後の課題としては，工業用途で実際に用いられている材料にこれまでの知見を適用するためには，コンポジット化された材料へのさらなる理解や添加剤等の影響に関してさらなる議論が必要であると思われるが，それらの課題は今後さらなる検討を重なる価値と社会的意義があるものであると考える．

今年将是研究主题的最后一年。在上一年之后，我们使用自己的UV辐照装置为建筑材料的聚合物透明涂层（模型样品）准备降解的样品，并进行了多尺度降解分析，其中包括从化学结构水平的显微镜到所需性能的横截面衰减。今年的主要结果是所有微降解反应机制的列表，并构建了解决方程的降解反应动力学模型，并在有机涂层中发表了。结果是在北海道大学，国家高级工业科学技术研究所以及巴黎恩斯姆工艺研究所的三方国际合作研究中进行的。我们得出一个反应动力学方程，该方程控制了氧化降解反应的动力学，这是聚合物材料降解的最重要的化学反应，并通过多模型的表征验证了氧化降解的预测的有效性。由于在2021财年之前研究了这一研究主题，我们已经实现了用于光降解的微观尺度阶级劣化预测模型，并能够看到预测准确性和跨尺度交叉的可能性，这些可能性可以与巨摩托特性变化的半富特性相比。可以说，从2019财年到现在，这个研究主题取得了很好的成就。未来的问题包括：为了将先前的发现应用于工业应用中实际使用的材料，有关添加剂等的影响，需要进一步讨论，但是这些问题被认为具有价值和社会意义，将来将进一步考虑。

项目成果

Intrinsic Differences on the Photodegradation Mechanisms between Pigmented and Non-pigmented Coatings Determined by Multi-scale Analysis

通过多尺度分析确定着色和非着色涂料光降解机制的本质差异

• 发表时间: 2020
• 期刊: Proceedings of 15th International Conference on Durability of Building Materials and Components
• 作者: 3.Takato Ishida;Ryoma Kitagaki;Hideaki Hagihara;Yogarajah Elakneswaran
• 通讯作者: Yogarajah Elakneswaran

Theoretical study of structural alteration by UV irradiation in acrylic-urethane coatings and relationship between significant structural change and degelation behavior

丙烯酸聚氨酯涂料中紫外线照射结构变化的理论研究以及显着结构变化与脱胶行为之间的关系

• 发表时间: 2019
• 作者: Takato Ishida;Ryoma Kitagaki;Hideaki Hagihara
• 通讯作者: Hideaki Hagihara

Role of moisture in photo-ageing -macromolecular architecture evolution of acrylic-urethane network

水分在光老化中的作用-丙烯酸-聚氨酯网络的大分子结构演化

• DOI: 10.1016/j.polymertesting.2021.107123
• 发表时间: 2021
• 期刊: Polymer Testing
• 影响因子: 5.1
• 作者: Ishida Takato;Kitagaki Ryoma;Hagihara Hideaki;Elakneswaran Yogarajah
• 通讯作者: Elakneswaran Yogarajah

陽電子消滅寿命測定による塗膜樹脂の自由体積空隙サイズ評価と劣化解析

通过正电子湮灭寿命测量评估涂层树脂的自由体积孔径和劣化分析

• 发表时间: 2020
• 期刊: 塗装工学，日本塗装技術協会, 55(12), 488, 2020.
• 作者: 石田崇人;北垣亮馬;萩原英昭
• 通讯作者: 萩原英昭

Thermal aging of acrylic-urethane network: Kinetic modeling and end-of-life criteria combined with mechanical properties

• DOI: 10.1016/j.porgcoat.2021.106654
• 发表时间: 2022-02
• 期刊: Progress in Organic Coatings
• 影响因子: 6.6
• 作者: Takato Ishida;E. Richaud;M. Gervais;Alain Gaudy;R. Kitagaki;Hideaki Hagihara;Y. Elakneswaran