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発表・掲載日：2022/08/08 只要搅拌就可以简单制作，伤口迅速自我修复的透明防雾乌冬面皮膜-与以往相比，在1/8以下的时间内伤口愈合，成功开发了防止长期模糊的透明涂层- 重点.只需涂布市售材料并加热即可成膜.防雾功能提高了高温环境下镜头和玻璃的可视性 .有助于抑制太阳能电池板等效率降低
这次开发的技术概要和纳米复合皮膜的功能 ※从A. Hozumi et al. Langmuir 2022 (文献1 )变更图后刊登。 版权所有2022美国版权所有。 概要国立研究开发法人产业技术综合研究所(以下称为“产综合研”)极限功能材料研究部门材料表界面小组主任研究员佐藤知哉、穗积笃研究小组组长开发出了简便地制作防雾性长期持续、伤口能迅速自我修复的透明皮膜的方法。 这是相对于产综合研究所独自开发的纳米复合材料，改良了组成和制作工艺的方法。 可以用只需以最佳组成混合市售原料的极其简便的方法制作，而且可以将此前需要24~48小时的物理性损伤的自我修复缩短到3小时。 通过该技术，可以长期抑制透镜和玻璃等透明基材的模糊，可以期待提高使用者的视觉识别性/安全性，以及防止医疗/分析设备、传感器、太阳能面板等的效率降低的效果。 另外，该技术的详细情况刊登在2022年8月3日(美国东部标准时间)由美国化学会发行的学术杂志《Langmuir》(文献1 )上。 开发的社会背景玻璃和塑料等透明基材在高湿度环境下暴露于急剧的温度变化时，会在表面形成水滴，因光的散射而产生“模糊”(以下称为“模糊”)。 模糊化会导致汽车、建筑物的窗玻璃及透明冰箱的可视性降低，或者医疗/分析设备、传感器及太阳能面板等的效率降低。 最近，为了预防传染病而佩戴口罩引起的眼镜镜片模糊化也成为身边的问题，因此希望开发抑制模糊化的技术(防模糊处理)。 作为迄今为止的防雾处理的例子，提出了在表面涂布通过紫外线照射而表面超亲水化的二氧化钛( TiO2)、无机类( SiO2、ZnO )或有机类(表面活性剂或水溶性高分子等)的亲水性材料的方法。 但是，这些表面中的许多表面都有因裂纹或摩擦等物理损伤而丧失功能的问题。 研究的经过产总研以克服上述课题为目标，致力于开发新的防雾处理技术。 到目前为止，我们正在开发通过相互作用(静电相互作用和氢键)将水溶性高分子聚乙烯吡咯烷酮和用氨基丙基进行了表面修饰的纳米尺度的人工粘土粒子复合化的透明纳米复合材料。 使用这个纳米复合材料制作的皮膜，有超亲水性、防雾性、自我修复性、抗菌/霉菌性、水中超疏油性等很多优秀的功能( 2016年10月07日产综研新闻发表)。 另外，通过基材的预处理、各种功能分子的添加，该皮膜的功能强化(赋予密合性、水中稳定性、防污性(发泡油性) )、适用于大面积基材的成膜技术的开发也取得了成功。 但现有技术中需要将粘土颗粒预先通过硅烷偶联反应进行表面修饰，纯化回收后分散在聚乙烯吡咯烷酮中进行复合化。 因此，制作花了几天以上，效率低，实用性留有课题。 另外，皮膜的交联主要由比氢键更强的相互作用——静电相互作用发挥作用，因此自我修复花了24~48小时。 因此，这次，我们关注了工业上使用的整体混合法。 该方法通过硅烷偶联反应同时进行无机填料或微粒表面的修饰和它们在高分子中的均匀分散，因此可以在短时间内简便地制作复合材料。 采用该技术方案，不仅不需要对人造粘土颗粒进行预处理，而且只需调整硅烷偶联剂的加入量，即可任意控制涂层中氢键与静电相互作用的比例。 在新开发的皮膜中，通过增加氢键的比率，3小时左右物理上的伤痕就会被堵塞，可以大幅度缩短自我修复所需的时间。 研究内容在此次开发的技术中，将均为市售品的聚乙烯吡咯烷酮、人工粘土粒子、含氨基水系硅烷偶联剂在水中同时混合得到的前体溶液旋涂在基材上，只需加热干燥就可以制作纳米复合皮膜。 该技术除了简单地混合原料外，还具有可以任意变更使用的聚乙烯吡咯烷酮的分子量和硅烷偶联剂的添加量等优点。 以适当的组成，例如硅烷偶联剂的添加量为1 wt%左右的组成制作的纳米复合材料，由于显示出能够透过90%以上可见光的优异的透明性，因此能够在不损害外观性的情况下对各种无机有机基材进行成膜(图1 )。 另外，密合性也良好(通过ISO 2409和JIS K 5600-5-6交叉切割法没有剥离)。
图1开发的纳米复合皮膜被复的各种有机/无机基材的外观 而且，该纳米复合皮膜即使在恶劣的环境下也表现出了优异的防雾性。 具有最佳组成的纳米复合涂层的载玻片在冷却后暴露于高湿度空气(图2a )或加湿器发出的高湿度空气(图2b )时也完全没有模糊。 这是因为皮膜瞬间吸收水蒸气，抑制了导致雾化的水滴的形成。 即使载玻片持续暴露于高温和高湿度的空气中(图2c )或在高湿度环境下静置(图2d )，这一优异的防雾性也能长期持续( 7天)。
图2各种环境下纳米复合涂层对载玻片的防雾性 ( a )在冰箱中冷却至4 ℃后，暴露于高湿度空气(室温、相对湿度60%以上)，( b )在加湿器附近喷出，暴露于高湿度的空气(室温、相对湿度80%以上) 10秒钟，( c )暴露于高温高湿度空气(置于烧杯中的80 ℃热水正上方，约50 ℃，相对湿度80%以上)一定时间，以及( d )在高湿度环境下(安装加湿器的手套箱内，室温，相对湿度80%以上)静置7天 此外，该纳米复合涂层具有高吸湿性、溶胀性，而且只需放置在高湿度环境中即可快速自我修复物理损伤。 在以往的皮膜(膜厚:约700 nm )中，由外科用手术刀造成的伤痕(最大宽度约30 μm )的自我修复需要24~48小时(图3a上)。 另一方面，此次新开发的复合皮膜(膜厚:约700 nm )，仅30分钟伤口就几乎堵塞，3小时就恢复原样(图3a下)。以往，承担皮膜中的交联的主要是静电相互作用，但由于这种静电相互作用是比氢键更强的结合，因此自我修复需要时间。 在这次开发的技术中，只要以最佳组成混合原料，皮膜中的各成分之间就会通过微弱的相互作用(主要是氢键)结合在一起，因此可以大幅缩短自我修复所需的时间。 我们推测这种优良的自我修复性是由于1 )从空气中吸收水分导致皮膜的溶胀和表面移动，2 )接触界面中各成分的相互扩散，3 )膜中相互作用的再形成而产生的(图3b )。 到目前为止，这种自我修复性对于反复持续、由落砂试验引起的参差不齐的伤痕(数十μm以下，使表面粗糙化而使透过特性降低)也得到确认。
图3 (a )表示现有技术(上)和新技术(下)制作的纳米复合皮膜表面划痕修复过程的光学显微镜图像和( b )纳米复合皮膜的自修复推定机制 今后的计划今后将与企业合作，强化开发的纳米复合皮膜的硬度、耐久性、密合性等功能。 另外，还将研究前驱溶液的稳定性评价、皮膜的安全性确认、适合大面积基材和曲面基材的涂装方法等，以合作后3年内的实用化为目标。 论文信息刊登杂志: Langmuir 论文标题: Transparent Composite Films Showing Durable Antifogging and Repeatable Self-Healing Properties Based on Integral Blend Method 作者: Tomoya Sato，Asei Amano，Gary J. Dunderdale，Atsushi Hozumi doi:10.1021/ACS.Langmuir.2c 01085 用語解説
将纳米尺度( 10-9〜10-7米左右)的填料/微粒分散在高分子等中的复合材料。 聚乙烯吡咯烷酮 是由以下结构表示的水溶性有机高分子，用于粘合剂、颜料分散剂、防污剂等。
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