九大ら,スプレーコーティングによるガスバリア性透明有機無機ハイブリッド薄膜の調製に成功

九州大学カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所(I2CNER)と米テキサスA&M大学らの研究グループは,無機ナノシートを混ぜたエポキシ樹脂分散液をスプレー塗布するという簡易かつ省エネルギーな方法で,無機ナノシートが等間隔で積層した構造をもつ透明性の高い樹脂フィルムを作製することに成功した。積層構造により,この樹脂フィルムは極めて高いガスバリア(気体遮蔽)性能を有することも実証した。

研究グループは,無機平板状結晶(αリン酸ジルコニウム)集合体を,厚み0.7 nm(結晶格子一個分の厚みに相当)の無機ナノシートに剥離する簡便な手法を確立した。硬化前のエポキシ樹脂溶液にこのナノシートを分散した溶液をスプレー塗布するという極めて簡易な方法により,無機ナノシートが10nmスケールの間隔を維持して規則正しく積層した構造を内部に有する,透明性の高いエポキシ樹脂フィルムを効率よく作製した。

放射光線源(SPring-8 BL40B2)を利用したX線散乱法と電子線トモグラフィ観察手法による構造解析及び樹脂溶液の粘弾性測定により,この技術の鍵は,高分子界面活性剤による無機結晶の表面改質で実現される無機ナノシートの有機溶媒への高分散性と,この分散液が自発的に形成するスメクチック液晶相の形成と液晶相の示す塗布工程に適した良好な粘弾性的性質(シアシックニング現象)であることを示した。

さらにこの平板無機ナノシート/エポキシハイブリッドフィルムは,積層した各無機ナノシートが効率的な気体分子の遮蔽壁として機能することで極めて良好なガスバリア性能を発揮することを実証した。

無機物の添加により包装材料のガスバリア性能を向上させる技術は既に存在するが,ナノテクノロジーを駆使することで省エネルギーかつより少ない添加剤でコーティングフィルムの性能向上を果たした点がこの研究成果の特徴となっている。

簡単な工程で,外観(特に透明性)を維持したまま様々な材料のガスバリア性能を向上させることを可能としたこの成果は,今後様々なコーティング材料(食品や医薬品の包装材,自動車燃料タンクのコーティング・有機EL及び太陽電池等)等への応用が大いに期待される。

詳しくは九州大学 プレスリリースへ。