多機能SiO2@ZnOコアの製造とテスト

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12321 (2023) この記事を引用

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海上輸送における寿命と持続可能性を達成するための新しいアプローチとして、ポリウレタン媒体へのSiO2@ZnOコアシェルナノスフェアの組み込みに依存するコーティングシステムの開発を報告します。 このポリマーコーティングは、表面耐摩耗性の大幅な改善、親水性状態から疎水性状態への移行（約 125.2°±2°）、改善された抗真菌、抗菌、および抗藻類効果を示し、提案されたコーティングを生物付着から鋼表面を保護するのに理想的なものにしました。 当社の主張を実証するために、X 線回折、透過型電子顕微鏡、フーリエ変換赤外分光法、走査型音響顕微鏡、熱重量分析 (TGA)、接触角測定、抗菌 (防藻、抗菌、抗真菌) テスト、テーバー摩耗テスト (ASTM) を実施しました。 D1044 および D4060) を使用して、このコーティングの機械的および生物学的機能と結合構成を強調します。 SEM と光学顕微鏡を使用したテーバー摩耗コーティングの摩耗分析では、SiO2@ZnO コアシェル ナノスフェアに組み込まれた PU コーティングによって達成される接着力とせん断抵抗の大幅な改善が示されました。これは、PU を単独で使用した場合と比較して対照的な特徴です。 私たちが行った全体的な調査により、低炭素鋼表面に堆積した PU メディアに 4% (wt.) SiO2@ZnO コアシェル ナノ粒子を添加すると、細菌の増殖がほとんどなく、大幅な減少で顕著な抗菌性能が実証されたことがわかりました。藻類の増殖は約 90%、真菌の増殖は約 95% になります。

自動車および商用輸送車両、海上および陸上の石油およびガス構造用鋼、船舶、宿泊施設モジュール、パイプライン外装、小売店および商業用の建築および構造用鋼材など、商業的に使用されるさまざまな製品の表面は、より優れた機能を提供するためにポリマーコーティングで覆われています。 ポリマーコーティングは、保護 (防食)、美観 (ペイント)、または新しい機能の追加 (接着剤、写真フィルム) として使用できます。 大部分が有機材料でできているポリマーコーティングは、金属やセラミック、またはそれらの組み合わせと混合すると、コンポーネントの実用性と耐久性をさらに高めることができるナノコンポジットコーティングを形成します1、2。 光劣化によりポリマーコーティングの耐久性が低下するため、屋外用途には高性能で超耐久性のコーティングが必要です。 コーティングシステムの分野で現れ始めた新しい材料革新は、親媒体中でのコアシェルナノスフェア/ナノ粒子の混合です。 コアシェルナノスフィアは本質的に、内部に固体または中空のコアと、シェルとして堆積された別の材料を有する複合ナノ粒子である。 したがって、物質の 2 つの状態が導出され、これらに特定の重量パーセントのポリマー媒体などの 3 番目の物質の状態が散在し、親マトリックスまたはコアシェル材料のいずれによっても得られない新しい機能の雪崩を達成します。一人で3. コアシェルナノ粒子の基本概念を示す概略図は、補足情報から見ることができます（図S1を参照）。

コアシェル (CS) は、内部コア構造と外部シェルを備えた二相材料です。 したがって、コア/シェル ナノ粒子は、望ましい特性を達成するために調整できる機能性材料です4。 場合によっては、コアまたはシェルの材料から生じる特性が非常に異なる場合があります。 構成材料またはコアとシェルの比率を変更して特性を変えることができます。 反応性や熱安定性などのコア粒子の特性は、シェル材料のコーティングによって変更でき、コア粒子の安定性と分散性が向上します。 加工されたコアシェル粒子は独特の品質を示します。 これは、さまざまな用途のニーズを満たすために表面機能を調整する固有の機能に関して特に当てはまります。 コア粒子上のシェル形成は、表面改質、機能性の向上、安定性、分散性、コアの放出制御、貴重な材料の消費量の削減など、さまざまな目的に役立ちます5。