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鋼構造物の防食に使用されるエポキシ樹脂の風化調査のための新しい方法論的アプローチ
New methodical approaches for the investigation of weathered epoxy resins used for corrosion protection of steel constructions.
PMID: 32361174 DOI: 10.1016/j.jhazmat.2020.122289.
抄録
防食目的で鉄骨構造物に塗布されたエポキシ樹脂コーティングは、建設過程で紫外線照射や風化にさらされることが多く、硬化皮膜が化学的に変質すると、環境中に潜在的に有害な物質が放出される可能性があります。硬化塗膜の化学変化は、ｉ）環境中への潜在的に有害な物質の放出、およびｉｉ）ポリウレタン最上層の層間剥離を引き起こす可能性がある。しかし、露出したエポキシ樹脂コーティングの表面で発生する化学的プロセスやメカニズムは、まだ完全には解明されていません。ここでは、飛行時間型二次イオン質量分析(ToF-SIMS)と誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)と液体クロマトグラフィー質量分析(LC-MS)を組み合わせた革新的なアプローチを紹介し、基礎となる化学プロセスの解明と、放出された有機・無機光分解生成物の同定を可能にする。また、風化した表面上の酸性度/pH値の変化を対象とした赤外分光法と実験は、私たちの研究を補完するものである。その結果、UV-A照射によりエポキシ樹脂が光酸化分解され、無機光分解生成物が風化表面に露出していることが確認された。極性部位（ヒドロキシル、カルボニル、カルボキシル、アミン）と放出された金属ロイドが親水性表面層を形成し、これが接着を妨げ、最終的にはポリウレタン最上層の深い化学結合を阻害する。したがって、トップ層の早期剥離が非常に起こりやすい。
Epoxy resin coatings applied to steel constructions for corrosion protection purposes are often exposed to UV-irradiation and weathering during the construction process. Chemical alteration of the hardened coating might lead to i) the release of potentially harmful substances into the environment and ii) delamination of the polyurethane top layer. However, chemical processes and mechanisms occurring on the surfaces of exposed epoxy resin coatings are not fully understood yet. Herein, we present an innovative approach combining time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) and liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS) enabling the elucidation of underlying chemical processes and the identification of released organic and inorganic photolytic products. IR-spectroscopy and experiments targeting the acidity/pH-value changes on top of weathered surfaces complement our investigations. It was confirmed that UV-A irradiation leads to photooxidative degradation of the epoxy resin and that inorganic photolytic products are exposed on the weathered surfaces. Polar moieties (hydroxyls, carbonyls, carboxyls, amines) and released metalloids form a hydrophilic surface layer, which hinders adhesion and eventually prevents profound chemical linkage of the polyurethane top layer. Thus, an early delamination of the top layer might occur very likely.
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