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日本漆的天然优势

几年前,当有机化学家Takayuki Honda访问日本南部的冲绳岛时,他买了一个小盘子,上面涂着该地区特有的光滑的朱红色漆。本田认为,这些产品为选择环保涂料提供了线索。

日本漆,或者乳胶漆铝是自然界中最坚固的材料之一。它形成一种坚硬、有光泽的涂层,应用于木材和金属等表面。几千年来,漆面漆是通过仔细刮漆树的树干制成的(漆树科vernicifluum),提取和处理树液,被用来涂在竹子、木材和衣服等材料上,并制作豪华的餐具和装饰品。乳胶漆本田说,它也是已知的唯一一种天然材料,通过一种叫做漆酶的天然酶聚合,使涂层具有一定的光泽度、耐刮擦性、耐热性和耐水性。

2014年,本田在伦敦的跳蚤市场购买了这件日本漆器。漆的固化条件,以及它的成分,有助于确定最终的颜色和光泽。

相比之下,醇酸树脂的聚合通常使用资源密集开采的环烷酸钴或锰来加速,每年用于数百万吨光泽涂料。在21世纪初,本田和他的研究小组的其他成员看到了一个机会,用漆酶代替金属催化剂,创造出更环保的油漆和粘合剂。

混合油漆

“我们看到了在工业上使用漆混合动力车的巨大潜力,”本田说。但是,传统的生产过程涉及到生产乳胶漆是劳动密集型,耗时和昂贵的。

本田解释说,生产漆的历史悠久的方法是困难的,因为它需要专门的湿度控制。涂料必须在湿度为70-75%,温度约为20°C的条件下干燥一夜。只有在这些条件下,漆酚才会被漆酶氧化聚合。漆酚是一种脂质,在日本漆中占很大比例。接下来是自动氧化反应,缓慢地交联涂层成分,以产生坚固而美丽的薄膜。

为了使这个过程更容易,本田测试添加有机硅烷化合物,加速氧化。2005年,他的团队报告说,在日本漆液中添加5%的氨基和环氧硅烷,可以使其在更大的温度范围内干燥——在20- 25°C之间,相对湿度约为45-50%——同时保持与天然漆相同的光滑纹理和硬度1.干燥速度也比其他含有不同数量有机硅烷的样品快30-40%。“5%的添加量是完美的比例。添加更多有机硅烷使漆像玻璃一样开裂,”本田说。

无铬涂层

螺丝涂有混合漆。

大约在同一时间,本田还致力于使用一种混合漆开发一种用于钢铁材料的新型低毒性防腐涂料,该项目由日本政府的新能源和工业技术开发组织(NEDO)资助。

在过去,六价铬因其诱人的外观和耐变色和耐腐蚀而被广泛应用于各种工业,包括汽车和钢铁。但自20世纪90年代以来,由于其毒性,它的使用被禁止或受到严格监管,许多制造商已经转向毒性更小的三价铬。本田希望使用混合漆创造无铬,完全无毒的防腐涂层。

为了使漆可用作六价铬的替代品,它必须是黑色的,并且在盐水喷雾测试中具有至少1000小时的耐久性。本田的团队生产了一种四甲氧基硅烷(MS51)的低聚物,将5%的四甲氧基硅烷与漆混合并加热,假设他们需要一个加热和干燥的过程来防锈。结果,该漆与MS51杂交,达到101℃的玻璃化转变温度,形成稳定的分子网络2

本田解释说,较高的玻璃化转变温度意味着材料的热稳定性更高。相比之下,部分加工漆的玻璃化转变温度为78℃,表明杂化漆的韧性更强。此外,混合漆的干燥速度比原漆和部分加工漆快两到三倍,其抗腐蚀能力与铬处理材料相当。

过去的教训

本田表示,这些混合漆对于工业用途来说仍然过于昂贵,而且由于日本政府希望将大部分漆液用于修复文物,因此很难获得漆液。

本田孝之(Takayuki Honda)一直在研究使用日本混合漆作为环保涂料替代品的潜力。

但当地生产漆器的兴趣又重新燃起。2010年,日本使用了32公吨漆器,但其中只有6%是本土生产的,其余都是从中国进口的。然而,日本漆器的生产在2015年开始反弹,当时日本文化厅宣布计划只使用当地的漆器来保护和修复寺庙和神社的国宝和重要文化财产。此举导致2020年国内产量增加到2.1公吨,是2014年水平的两倍多。

与此同时,本田通过一个正在进行的项目,在环保涂料方面取得了进展,该项目是从腰果壳中提取的油生产紫外线固化涂料,腰果壳的化学成分与漆相似。

但本田并没有放弃他的混合漆梦想。他认为考古学的见解可能为如何改进绿色涂料的生产提供线索。他说:“我仍然热衷于了解过去的材料,并利用这些发现为未来创造更好的技术。”

更多的视频明治大学的一些解决方案。

传统贸易

本田孝之(Takayuki Honda)的主要研究重点最近已转向深入挖掘日本古代漆器,以应对考古学家、博物馆馆长和市政府日益增长的需求,他们希望利用他的专业知识来修复和保护文化资产。

作为这些项目的一部分,本田的团队研究了几年前从东京小石川区和东京大学主校区提取的涂漆遗迹碎片。他说:“用热裂解-气相色谱/质谱法分析仅仅10微克的样品就可以说明很多问题,比如涂层材料来自哪里,人们在日常生活中是如何使用这种产品的。”例如,在他的实验室里,他最近一直在研究一种古老的琉球shikki这是冲绳地区发展起来的一种装饰性绘画。他说:“你可以看到,这件漆器的成分中含有石英和其他矿物材料。”

此广告刊登于自然指数日本2023是一份独立编辑的增刊。广告客户对这一增刊内的社论文章的内容没有影响力。

参考文献

  1. r·卢et al。(2005)聚合物杂志37岁的发生处理10.1295 / polymj.37.309

    文章谷歌学者

  2. t .本田,et al。(2006)有机涂料的研究进展56岁的发生处理10.1016 / j.porgcoat.2006.03.001

    文章谷歌学者

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