水性塗料の新成分と分子シミュレーションで環境負荷削減へ

第115期日本ペイントと東京大学の共同研究

東京大学大学院工学系研究科と日本ペイント株式会社が協力し、水性塗料の環境負荷を軽減するための新たな方向性を示しました。この研究では、水性塗料の主要成分である高分子の分散および凝集挙動を分子動力学シミュレーションによって解析し、塗膜形成過程を深く理解することを目的としています。

高分子の凝集挙動を分子レベルで解析

本研究の中心となるのは、高分子が水と有機溶剤の混合環境でどのように振る舞うかを可視化することです。水性塗料は有機溶剤が多くの場面で使用されている中、分散ステージから塗膜形成に至るまでのプロセスを確認しました。

研究チームは、高分子が反応する環境を分子レベルで理解するために、仮想的に高分子と溶媒間の相互作用を変更し、その影響を評価しています。具体的には、有機溶剤の濃度を変えたり、高分子の性質に基づく変化を観察することで、塗膜形成の初期段階における溶媒の役割を明らかにしました。

塗膜形成への影響

シミュレーションによって、相分離がどのように高分子の局所的な凝集を引き起こすか、また、溶媒が蒸発していく過程で高分子-溶媒間の相互作用がどのように塗膜形成に影響を与えるかが分かりました。研究成果は、分子レベルでの高分子と溶媒の設計において重要な指針を提供します。

特に、水性塗料においては高分子の溶解度が低いことから、塗料の使用において有機溶剤の使用を最小限に抑えることが求められています。この研究結果をもとに、より環境に優しい水性塗料の開発が期待されています。

研究の意義

水性塗料は、地球環境への貢献の観点から注目されており、近年その需要が増加しています。しかし、いまだ高分子が水に溶けにくい状況が続いているため、溶媒の安定性を確保するには有機溶剤が必要という課題があります。この研究は、そんな課題に対する新しい解決策をもたらす可能性があります。

今後、さらに詳細な分析と制御が進むことにより、塗料業界における水性化の流れを加速させ、環境に優しい材料の選択肢を広げることができるでしょう。この研究が実用化されることに期待が寄せられています。

本研究は、東京大学と日本ペイントホールディングス株式会社の共同研究として進められており、今後の塗料設計の高度化に貢献することが期待されています。