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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

基本信息

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

项目摘要

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。

This study aims to develop an environmentally compatible coating for steel structures that is resistant to food and that decomposes and disappears in the natural environment after its own purpose is achieved. Specifically, the biodegradable resin is dispersed in the base material. In addition to the above, the structure of the metal is described below. CNF has a low strength and mechanical properties, and it is also important to control the amount of water and acid supplied to the surface of steel. CNF can be used to supply acid, water and other substances, and to stabilize the surface of steel and form anti-food substances. The formation of CNF and base metal resin is accompanied by decomposition in the natural environment, and the final steel surface is formed into a stable layer, which is protected by the natural environment. How much energy is needed for coating and dust emission? It is difficult to use biodegradable resin because of its durability requirements for long-term use. This study developed a coating for steel surface stability layer development, environmental regulation, minimum production, steel surface thermodynamic stability state to achieve this goal and new anti-food technology. This year, the selection of biodegradable resin, the amount of CNF added and the method of dispersion were discussed, and the selection and amount of CNF added were discussed, and the environmentally compatible coating was tested.