客观日本

日本开发出无需使用溶剂即可清除的涂料

2019年11月11日 化学材料

日本国立研究开发法人产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)的功能化学研究部门智能材料组的主任研究员山本贵广,与TAT公司共同开发出了无需使用溶剂即可清除干净的新型涂料制作技术(图1)。

研究团队将液晶成分均匀混合入丙烯酸树脂、氨酯树脂等材料中开发出了新型树脂。当用特定波长的近紫外光照射后,原本均匀混合的液晶成分会发生聚集态结构变化,从而从树脂中分离出来。将该技术应用于涂料的话,通过近紫外光照射即可让液晶成分发生相分离,大大降低涂料的粘附性而轻松剥离。另外,研究团队还提高了新涂料的硬度并透明化,方便用作甲油胶。

不使用有机溶剂的话就难以清除涂料是长期以来一直存在的业界困扰。此次开发的技术可以直接解决这类问题。用作甲油胶时,无需使用大量有机溶剂即可轻松去除,从而提高安全性,保护了美甲者和美甲师的健康。

日本开发出无需使用溶剂即可清除的涂料

图1:无需使用溶剂即可清除的涂料原理概要

产综研开发的光控制材料成功解决了应用于甲油胶时遇到的问题。以往的树脂液晶混合材料质地柔软、硬度不足(作为硬度指标的储能模量约为104 Pa),无法用作甲油胶。此次,研究团队采用了含有光聚合成分的树脂原料,尝试通过光聚合和光固化导入交联结构的方式来提高树脂硬度。当用可见光(波长=405nm)照射3分钟后,成功使树脂原料与液晶的混合物固化,储能模量提高了1千倍左右(10^7Pa)(图2)。

日本开发出无需使用溶剂即可清除的涂料

图2:光固化引起的储能模量变化及与以往的混合物硬度比较

接下来是混合物的无色化问题。由于液晶成分中含偶氮苯化合物,因此以往的树脂液晶混合物总体呈橙色。但为了用作甲油胶时可以赋予不同的颜色,需要做成无色透明的。因此,研究团队开发出了偶氮苯化合物被替换掉的新液晶成分,最终实现了原材料的无色化。

研究团队以光学特性和热学特性为指标,检测了几十种液晶成分,最终成功确定了无色透明的混合物组成(图3①)。当用近紫外光(波长=365nm)向这种混合物照射10分钟后,液晶成分的聚集态结构发生变化,与树脂相分离而变浑浊(图3②)。变浑浊后,混合物对基材(铝)的粘附性降至照射前的十分之一(图3)。测量混合物的储能模量时,要加大施加于混合物的剪切应力使其从铝制测量夹具上脱落。根据此时的剪切应力可以推算出相对粘附性的大小。

日本开发出无需使用溶剂即可清除的涂料

图3:简易评价粘附性变化的结果

利用此次技术开发的新工艺,无需使用溶剂即可轻松去除甲油胶(图4)。首先,把以新开发的混合物为基质的凝胶涂到指甲上(图4①);然后用405nm波长的可见光照射固化(图4②);去除甲油胶时, 用365nm波长近紫外光(=)照射进行相分离(图4③),从而降低甲油胶与指甲的粘附性轻松剥离(图4④)。可见光和近紫外光已经在美甲领域广泛应用,所以该工艺可以直接使用现有的美甲光疗灯。随着此次新技术进一步完善和推广,有望实现完全避免溶剂的甲油胶清除法,确保美甲者和美甲师的健康和安全。

日本开发出无需使用溶剂即可清除的涂料

图4:轻松剥离美甲的过程

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文:JST客观日本编辑部翻译整理

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