「酸化鉄を含む紫外線吸収材料」山口県産業技術センター 技術支援部 部長 前 英雄
山口県産業技術センター前と申しますえ 本日はえ参加鉄を含む紫外線吸収材料と いうえ技術につきましてえご紹介させて いただきたいとえ思いますよろしくお願い いたし ますえ技術の概要となりますえ本技術はえ 2019年のAステップ機能検証という ことでえ参加物反動体ナノ粒子を用いた ゴム樹脂の劣化を検知するえマイクロカプ の開発というのを行いましたえ共同研究者 としましてはえ山口大学え当センター協力 企業の3者でえ行いましたえその中でえ 開発しました市外線吸収材料とえこの課題 の中で開発しましたマイクロカプセルえ この2つについてえご紹介させていただき たいとえ思い ますえ技術の概要ですえ本技術というのは え市外線吸収材料ですがえ原料としまして はえ鉄を含む水溶液を火水分解した後にえ 投石を行いましてえ調整したゾルとえこれ が紫外線吸収材料ですえ紫外線吸収材料の え特徴としましてはえuvaをほぼ 100%を吸収いたしますまたえ 600nmまでの光の吸収というのをえ 濃度を制御することによってえ制御する ことができましてえ多くの蛍光色素をレ 機構から保護しえ光退職を防止するそう いったことを想定してえ利用できるという 風にえ考えており ますあすいませんちょ えっとえすいませんえっとそうかすいませ んえっとえ従来の技術との比較になります え3か鉄のゾルというのはえ57m以下の 場合におきましてはえ紫外線領域の光はえ 吸収いたしますがえそれ以上の光のあとと いうのはえよく等化させるためえま比較的 え透明に見えるというものでありますえ本 技術でえ開発しましたえ参加鉄のゾルに おきましてもえ同様でありましてえっと 比較的え紫外線吸収をあ紫外線域は吸収 いたしますがえそのえ可視領域においては 光をよく投下させるという特徴があります で従来のものとの違いとしましてはえ演奏 イオというものやえ共産イオというような カウンターオというのをえ投石によって 除去しているということでえ大変よくあの 分散性がいいという風なところの特徴が ござい ますえ想定される用途ですえ当初はえゴム 樹脂製品のえ劣化と感知のためのえまえ 製品中に混練して使用するマイクロ カプセルというのを用いておりえ考えて おりましたえその中で開発しましたえ今回 のドルは紫外線吸収罪としてもえ重要で あるという風に考えておりますえ製品中に
混練して使用するマイクロバセルというの は例えばですけどもえ塗料のようなもの 外壁に塗る塗料のようなものの中にえ 混ぜ込んでみたりとかえいろんなインフラ の中で使われるゴム製品などの中にえ 混ぜ込んで使うそういったものを想定して おり ますえ作成方法ですえここにえ代表的なえ 方法というのを示しておりますえ原料と いたしましてはえ小三鉄えそれを確し ながらえ炭酸水素ナトリムを徐々にえ適化 していきましてえ所定量を適化した持ちに え文学え分子料約え3500のえ等積膜の え袋の中にえ詰め込みますえそれをえ純粋 の中にえひたしまして約5時間え1時間 ごとにえ純水を交換するという形でええ 投石を行っておりますえもうこの時のえ ゾルの色というのはもうえ通常のえ茶色の え養液という風になっておりますえサカ ドルのえpHはえ約え2.7という風にえ なるものが得られますその他え小三オの他 にもえっと演奏イオを使ったものそういっ たものでもえ実験をえ行っており ますえ作成しましたえ参加ドルのえテム 写真になりますえ横えこの場が約20nm になりますえ実際にえこれらのような形で え50nm以下のえ粒子というのがまえ こういう風な形でえ得られるというもので あり ますえ参加鉄ドルの特徴をここにえお示し いたしますえ右側はえ小三鉄領域のえもの ですえ縦軸がえ急高度ということでなり ますえ相産鉄の水溶液においてはえまえ 茶色溶液になりますけれどもえ約457え 5550という風な形でえこういう風に急 コードがずっと下がっていきましてえ紫外 線のえ領域はしっかり吸収するんですが え賢光の領域につてはこういう風にえ光が 吸収できないというようなものになります で各濃度をこういう風にえ最初に希釈えし ないもの1/2としてもま大体こういうえ 徐々には下がるんですけどこういう傾向に なるということですでえ一方では三下鉄 ゾルですえこちらの領域と鉄の濃度がま ほぼえ同じになるように調整したものに なりますええ市外線領域におきましてはえ ほぼえ100%え吸収しておりますがえ 濃度え最初のえ濃い濃度から少しずつ下げ ていきますとこういう風にえ急構造が変化 するわけですけれどもえ可視領域において えましっかりこう通すものでえ濃度を上げ ていくとえ可視領域のあの必要に応じて こういう風にあの急行動をえ制御できると いうものになりますえ急高度が約この 0.5というところが大体等価率で言うと
約30%えぐらいになるんですけれども えっとゾルの場合ですとまこういう風なえ 750nmまでこういう傾向になりまして え小3用益で引くとまこういう風なえ 0.5ですからもうあのすいませんずこの 0が消えますけど大体このぐらいますので こういう風な比較ということでえ今回の 参加鉄ゾルはえ色はえ小三鉄とほぼ同じ ような色合なんですけれどもこういう風な 形で急コードをえ濃度によってえ制御する ことがえ可能ですえ透明感という風な 要するに人間が見た感じというえのでま あの考えますとえ所産鉄の場合と参加鉄の 場合もまほぼ見た目としてはえ同じような 感じでなろうかという風なええ結果となり ましたえこれでえこういう風なあの参加鉄 ゾルを持ちましてえマイクロカプセルと いうのを作りましたので次にえそれをご 説明いたし ますえ参加鉄0の応用ですえゴム樹脂劣化 を検知するマイクロパスカプセルのえ概念 図をこちらの方に示しておりますえ カプセルのコアとなりますのはえ実行材料 となりますえ実行材料はえ紫外線の エネルギーを当てますとえ蛍光え発光え いたしますま直光と言われる光が出てき ますで今回のマイクロカプセルはそのえ コアの部分にえシェルとしましてえ水用性 のバインダーとえ参加鉄のるえ水用性の バインダーの中にえ三角鉄のドルがえ 先ほどの急コードに合うような形で濃度 調整したものをえ最終的にこのえ水分が なくなった状態でえ先ほどの急コードと 同じノになるように調整したものですでで えこういったえシェルの部分をシェルをえ こういう風な形で形成したものがえ今回の マイクロカプセルになりますでこの マイクロカプセルにはえ水をえまえあ水に よってえこのシルを溶かすことがえでき ますのでえっとまあのシェルの部分にえ水 がつきますとえ溶けますえそうしますと えっと紫外線が当たりますとえ発行すると いうことでえ通常のえっとイロカプセの このセルをですねえっと光が通らないもの だけでえ作った場合はえ実行とするものは えがえっとシェルの部分が溶けたあの壊れ てる部分からしか出ないんですけど今回の シェルはえと全体え直行とされるえ部分の 光をえ通すという風な特徴がありましてえ そういったところがま今回のマイクロ カプセルのえ特徴となります要するにあの 少しでもえ入ってきた光のエネルギーをえ 全方向にできるだけえ発行するということ で効率よく光がえ出てくるんではないかと いう風なことを考えたえモデルとなって
おり ますえ今回のえ実行材料のえまあの スペクトルに対するえ光を当てた時の状態 をえここに示しておりますえ実行材料はあ えアルミンサンストロンチウムですえこの アルミンサンストストロンチウムはえ 300から400近くのえ紫外線の光を 当てますと吸収いたしますえその吸収した エネルギーに対してえ約え500から 600のところにえ発行するようなえこう いった材料になりますえ今回のえシェルの 部分に当たります部分はえこの部分を完全 に遮断するような構造になえ機能になって おりますで一方でえっとこの500からの 上に関しましてはえよくあの通すという風 なことで先ほどのえマイクロカプセルのえ えモデルをまこういったえ特徴を生かして え実現するような形とえなっており ますえっと劣化検地の原理をえ説明させて いただきますえ樹脂え樹脂の中にえここに 示しますようにえ青丸で書いてあるのが マイクロカプセルなんですけれどもまこう いう風な形で樹脂の中にえ埋め込んで埋葬 させるような形でえ整形いたしますで樹脂 というのがえ光が当たったりえ雨があの 当たるということでえ劣化していくと やはり亀裂というのが発生してまいります そういう亀裂が発生してきますとえこの 亀裂を通してえ水が例えば染み込んでいき ましてえマイクロカプセルが壊れてえ光を 当てることで発行するということでえこう いう風な亀裂が発生して水があの通過する ようなえ経路ができるということがあ できる場合え場合においててマイクロ カプセルが初めて発行するということでえ マイクロカプセルがこうするに光ってる 部分を見るとえまその部分に亀裂があるで あろうなということがえカメラなどでえ 検知することがえ可能となり ますえ今回作成しましたえマイクロ カプセルのえ専務画像をお示しいたします えこのようにえ表面にえまデコボコしてる んですけれどもえコーティングがえされ てるような状況になりますでえこれをえ 断面を観察しますとえちょうどこの部分が えシェルの部分になりますでえっとeds の分析をこいますとえちょうどこの部分が え鉄のノードが高くなっているということ でまこういう風な形でえシェルが構成され てるということになり ますえ実際にえどのぐらいの厚みになるか あのどのようにえっと厚みに調整したかと いうののご説明いたします今回作成しまし たえマイクロセルはえ高速のミキサーでえ 回転させながらその中にえコーティング剤
として先ほどのえっと水用性のバインダー を入れたえゾルをえ転化してその回数に よって厚みを制御しておりますえここにお 示ししますのは ええ要するにあのコーティングしてない ものコーティングを50回100回150 回200回としたものを示しておりますで えこれに光を照射しましてえ光をえ消灯し ますでその後の状態がえこういう風な形で え変化してるっていうの写真になりという 写真になりますえコーティングをしてない ものに関しましては1分後2分後という風 にこういう風な形でえぼんやりとえ光った 状態になっておりますがえ50回 コーティングしたものにおきましてはえま そのえ光り具合がこう徐々にえこちらに 比べたらえ薄くなっていきましてえ100 回コーティングしますと約1分ではまほぼ まあの肉眼では見えるんですけどカメラで はまこんな形にってましてえ150回 200回にするとまほぼえ光らなえ見え なくなってくるという風なことでえま コーティングの厚みをまこういう風な形で 制御することでえマイクロカプセルがえ できましたということ ですえ実際にえこれを使ってえっと樹脂に えあま塗料にえ混ぜ込みましてその塗料を 使っえ実際にえそういうえ気候がちゃんと 働いてるかどうかというのを確認すること を行いましたえ今回はえ対抗試験によって えマイクロのえクラックが発生するような 条件でえサンプルを作っておりますえ塗料 の中にマイクロカプセルも入れましてえま 通常のえ対抗試験のえサイズの えっとサンプルを作りましてこちらがあの 試験前でこちらが試験後になりますえ対 試験はえスーパーキセノンウェザー メーターというのを使用いたしましてえ光 を照射してえそしてええ水をフムすると いうこういうサイクルを行っておりますで 今回お示ししましてるのはえ50回ごとに あ50時間ごとに行ったもののサンプルに なり ますで えあすいませんえっとこちらがえっとその 表面の拡大写真になりますえ対抗試験前に はえこういう風な形でクラックがなくてえ ここに示してますのがあのえマイクロ カプセルになりますで えっとえ100時間あすいませんえっと 50時間えしますと少しずつこう亀裂が 発生しておりますでえ100時間え行い ますとさらにその亀裂のサイズが大きく なるという風なことにえなりますまこう いう風な形でえ人的にえマイクロクラック
を発生させてこのマイクロクラックの中に 水が浸透してえマイクロカプセルがえ壊れ てえその部分がえ光を当てると発行するで あろうという実験をえ次に行いましたので その結果をお示しいたし ますえこちらがえその機動を測定したえ 結果となりますえ機動測定はえ樹にあジス に存じてえ行っておりますえ暗証にえ48 時間以上正置したサプルに対しましてえ 高原から200え200ルクスの光を20 分間照射しますそしてえ光を照射を止めた 後にえ1分間隔でえ60分間え サンプリングというのを行っておりますえ 講義につきましてはこちらのとえものを 用いましてえ木と計につきましてはえLS 150というのを用いましてえ衝動系に ついてはえゴニル性のものを使用したと いう結果となりますえ試験前はえのえ機に 関しましてはま最初少しこう明るいんです けどこう徐々にこう下がっていくという ことでえ50時間150時間青色とえっと 緑色の線になりますけどまこういう風な形 になりましてえ若干まえ150と100の 間がちょっとえ上下しますけれどもま大体 同じぐらいの感じになってますがええ 150時間え行って亀裂がたくさん入っ てるような状況になりますとまこういう風 な形であの肉眼でも明らかに差があの 見えるような形になりますえまマイクロ カプセルの量とあまあのどれだけえとその カプセルが壊れたかという量によってま こういう風な差が出てるということでえ マイクロカプセル自体の機能としてはま あの機能しているであろうというのはま これで確認できるかなという風にえ思って えおります え次にえ苫に実際にあの切り込みを入れて え水に親戚するという実験を行っており ますえウレタン系のえ塗料の中にえ マイクロカプスを少しま先ほどよりも多め に入れたような状況なんですけどそれをえ カッターナイフとでこうえ亀裂を入れまし てこれをえ水の中に親戚してえ取り出して えっとカメラで撮影したという風なえ画像 になりますえま実際にあの壊れてる部分に 関してはまこれで少しえっとこの部分に 関しても少し水が染み込んだのかわから ないですけど少しまこういう風な形で光っ てるんでちょっと予想ではあの線が入った ところだけかなと思ったんですけれども ちょっと下の方まで光ってるような感じで いのいう結果にはなるんですけれどもえ 写真で見るとこんな感じですけれどもえ 肉感で見るとすごくはっきりとえ光ってる ようなえこういったものになり
ます でえっと想定されるま使用例としまして ですけれどもえま樹脂やゴム製品のえ劣化 の診断にできないかという風なことを考え ておりますえゴムとかいう樹脂のものと いうのはま置かれる環境例えば海の近くと かえ地域によってま光の当たり方とかです ねえっと温度とかそういったもので色々え 影響を受けますので例えばですけれどもま いろんな箇所にえこの今回のサンプルを 標準サンプルとしておきましてえっとま その環境においてどういう風に変化がある かなというのをまえ診断してみてはどうか なというのをちょっとえ考えておりますえ ま最近あのまえ海洋ゴミなどで プラスチックなどがこういう風にえっと 日本の方に流れついてくるようなケースも ありますのでまそういう劣化という風な ものとかとですねえ上手にまあのこの診断 方法とあの組み合わせてできないだろうか なというようなああの樹脂の劣化の状態を まモニターできないかなというのを考えて おりますでえ一方であの塗料や樹脂の切合 部の防水の状態などのモニタリングという ことでえまも式的に書いてるんですけど 例えば橋のようなものとかえ建造物ですね こういったものでま一般的な住宅などに おいては例えば塗料の劣化状態とかそう いったものの中にまそうえそういうものの えモニタリングということでえ実際にあの 先ほど見いただいた あの発行してる状態っていうのはまカメラ で取っておるんですけれどもますごくま あのわずかな光ということでまなかなか 検出するのは難しいなというのはちょっと 思うんですけれども例えばまえ光のない夜 であればえ光を当ててえ見ることができる んじゃないかとそういったことにえ利用 できるんじゃないかという風に考えており ますえ実用化に向けた課題ですえ実用化の ためにはえマイクロカプセルからの光を どのようどの程度検出できるかえ検証して いく必要があるであろうという風にえ考え ております実際にえ暗がりの中で見ますと えわずかにぼんやり光ってるんですけどえ 意外にカメラで取るとなかなかうまく取れ ないというのがえ実情でありますえ視界線 吸収剤として必勝する場合についてです けどもえま色々用途について色々ま現在え しているというところでえ例えばですけど もまあの化粧品なんかに使用してま いただく場合においてはこのドルをえシカ でコーティングするという風なことも今 現在行っているような状況ですえ企業様へ の期待としましてはま受製品のえ劣化状態
のまモニタリングを行ってみたいという ような企業様がおられましたらえ是非え 共同研究をお願いしたいと思っております え市街自然吸収剤としてのえ用途としまし てえ現在はま水用性ということではあるん ですけれどもえ資などコーティングすると ま粉末上にして使用することもできると いうことがありますので是非こちらの方で もえご検討いただければと思い ますえ本技術に関するえ地裁の状況ですえ 発明の名称としましてはえ鉄を含むえ含有 するゾルの及びえ紫外線吸収罪ということ でえ山口大学のえ先生とえ当センターでえ 2社でえ特許を出願させていただいており ますえ山岳の連携の系列器としましてはえ Aステップということでえ参加物半島体な の粒子を用いたゴム樹脂製品の劣化を検視 するマイクロカプセルの開発ということで え山口大学の先生とえ当センターでとあの 協力企業ということで3者で実施したえし た結果がであり ますえお問いあお問い合わせ先としまして はえ技術支援部の技術管理室の方にお願い したいと思いますえ発表の方は以上で 終わりますありがとうございました
「ものづくり技術～中国地域公設試～ 新技術説明会」（2023年11月30日開催）にて発表。
URL:https://shingi.jst.go.jp/list/list_2023/2023_hiroshima-soken.html