Development of Environmentally Friendly Coatings Using Cellulose Nanofiber and Biodegradable Resin

利用纤维素纳米纤维和可生物降解树脂开发环保涂料

• 批准号: 22K04738
• 负责人: 花木 宏修
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04738/
• 关键词: セルロースナノファイバー; 生分解性樹脂; 環境調和型塗料; さびの構造制御; 機能性塗料; 錆の構造制御

本研究では、鋼構造物の表面に防食性を有する安定な錆層を形成させ、自身はその目的達成後に自然環境中で分解・消失する環境調和型塗料を開発している。具体的には、生分解性樹脂を母材とし、そこへセルロースナノファイバー（以下、CNFと記述）を分散させる。さらに、錆の構造を制御するための金属イオン（以下、有効イオン種と記述）を添加する。CNFは一般に強度が低いとされる生分解性樹脂の力学的特性の改善と同時に、鋼材表面への水、酸素の供給量を制御する役割を担う。 CNFを通じて供給される酸素、水と有効イオン種が反応し、鋼材表面に安定かつ防食性を示す錆を形成させる。一方で、CNFと母材である樹脂は錆の形成に伴い自然環境中で分解し、最終的に鋼材表面には安定な錆層のみが形成され、その後は生成した錆層が構造物を大気環境から保護する。従来の塗料による防食では、塗り替え時において多大な労力が必要であり、粉塵の排出など環境負荷も大きかった。また、長期間の使用における耐久性を要求されることから、生分解性樹脂の使用も困難であった。これに対し、本研究で開発する塗料は鋼材表面における安定な錆層を育成させるための環境調整を目的としており、最小限のエネルギーで鋼材の表面のみを熱力学的に安定な状態に到達させることを目的とした新規な防食技術である。本年度は、母材となる生分解性樹脂の選定、CNFの添加量および分散方法の検討および添加する有効イオン種の選定および添加量に関する検討を実施し、環境調和型塗料を試作した。

在这项研究中，我们正在开发一种环保涂料，它可以在钢结构表面形成具有防腐性能的稳定锈层，并在达到目的后在自然环境中分解消失。具体而言，以生物降解性树脂为基材，在其中分散有纤维素纳米纤维(以下称为CNF)。此外，添加金属离子(以下称为有效离子种)以控制锈结构。 CNF起到提高可生物降解树脂机械性能（通常被认为强度较低）的作用，同时控制供给钢材表面的水和氧的量。通过CNF提供的氧气和水与有效离子发生反应，在钢材表面形成稳定且耐腐蚀的锈迹。另一方面，CNF和基材树脂在自然环境中分解形成锈，最终仅在钢材表面形成稳定的锈层，以免受环境影响。使用传统涂料进行防腐蚀，重新涂漆时需要付出很大的努力，并且对环境造成很大的影响，例如粉尘排放。此外，由于生物可降解树脂需要长期使用的耐久性，所以很难使用。相比之下，本研究开发的涂料旨在调节环境，使钢材表面生长出稳定的锈层，并以最小的能量仅在钢材表面达到热力学稳定状态，这是一种新的防锈剂。腐蚀技术旨在今年，我们选择了生物降解树脂作为基材，研究了CNF的添加量和分散方法，选择了有效的离子种类并研究了添加量，从而制作了原型环保涂料。

项目成果

発生炭素鋼におけるカソード反応に及ぼす金属塩の影響

金属盐对演化碳钢阴极反应的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 山本篤史郎;青木良介;青木良介;山下正人,焦京鈺，阿賀一朗 他4名
• 通讯作者: 山下正人,焦京鈺，阿賀一朗 他4名