コーティングは、防水から装飾まであらゆる用途に使用されています。しかし、その多くは非再生可能なプラスチックから製造されており、リサイクルが困難な上に劣化しやすく、マイクロプラスチック汚染の原因となっています。持続可能性と再生可能資源への転換が求められる中、コーティングの設計者やメーカーは、製品に再生可能原料をどのように活用すべきかを模索しています。
しかし、課題はポリマーだけではありません。コーティングは通常、必要な質感やエマルションを作り出すために、環境に有害な溶剤や化学物質を使用して開発されます。真に持続可能なコーティングを実現するには、こうした潜在的な環境負荷も排除しなければなりません。
非再生可能で環境負荷の高い素材が業界標準となっている中で、イノベーターはどのようにして再生可能素材を製品設計に組み込んでいけばよいのでしょうか。
バイオベースポリマー
ポリマーはほとんどのコーティングの基盤ですが、従来は石油などの非再生可能素材から抽出されてきました。バイオベースポリマーは、その持続可能な代替手段です。バイオベースポリマーは、植物や動物由来の再生可能原料から作られ、ポリウレタン（PU）の原料として植物油を利用する技術などが進歩しています。
植物油由来のPUは、従来の石油由来PUと同等の優れた特性を維持しつつ、環境に配慮した代替品となります。入手が容易でコストが低く、持続可能性も高いことから、バイオベースPUはコーティング業界で人気を集めています。さらに、無溶剤やUV硬化といった環境に優しい技術を組み合わせることで、環境負荷をより一層低減することが可能です。
2022年の研究論文では、ヒマシ油をバイオベース原料として活用し、高性能コーティングを製造する方法が示されました。著者らは、動的なヒンダード尿素結合を用いることで、ヒマシ油から修復可能、リサイクル可能、かつ除去可能な疎水性UV硬化PUを開発しました。このコーティング層には47％以上のバイオベース素材が含まれており、分子結合の動的な性質により、修復性、溶接性、リサイクル性、除去性を備えています。あるサンプルでは97％以上の傷修復能力が実証され、少なくとも4回の再利用が可能でした。
その他にも、以下のような再生可能原料を用いたコーティングの研究が進んでいます。
- • 藻類
- • 麻
- • 木材
- • デンプン
- • タンパク質
急速に進化する研究分野であるバイオベースポリマーは、コーティングメーカーにとって、より持続可能な製品を開発し、環境に優しい未来へと前進するための大きなチャンスです。
リサイクル可能なポリマー
再生可能なプラスチックの選択肢はバイオベースポリマーだけではありません。リサイクル可能なポリマーを使用することも、廃棄物の削減や排除、そしてプロセス内での再生可能原料の活用を通じて持続可能性を実現する一つの道です。リサイクル素材は循環性が高いため、再生可能原料の代替となり得ますが、そのためにはリサイクルプロセス自体が高効率かつ持続可能である必要があります。
これを実現する一つの方法は、除去と再利用を前提としたコーティングを設計することです。NASAラングレー研究センターの研究チームは、高温で原料に戻すことができる、ポリマーコーティングされたエポキシ微粒子の製造技術を開発しました。この素材は、再生可能原料が不可欠となる長距離宇宙ミッションでの3Dプリント用途を想定して設計されましたが、地上での幅広い用途にも応用可能です。
再生可能な循環性を備えた素材やコーティングを開発することで、メーカーはコーティングの再利用に向けた持続可能な製品ライフサイクルを構築できます。グリーンケミストリーへの消費者の関心が高まる中、コーティングの研究は、イノベーションのリサイクル可能性と、環境意識の高い市場への訴求方法に焦点を当てるべきです。
水系ポリマー分散体
持続可能なコーティングを開発する上で、ポリマーは物語の一部に過ぎません。従来のコーティングでは、塗布や硬化のシステムに環境負荷が高く、再生不可能な溶剤が使用されることが一般的でした。持続可能な製品の創出を目指すメーカーは、こうしたシステムやポリマーの利用方法を刷新する必要があります。
水系コーティングは、環境への負荷が少なく再生可能な選択肢として、繊維、紙、塗料の分野で利用が拡大しています。水系コーティング（水系ポリマー分散体）の生成に使用されるモノマーは多岐にわたりますが、バイオベースポリマーの配合において非常に有効です。これにより、メーカーは2つの再生可能原料を同一製品に組み合わせ、持続可能性に向けたさらなる一歩を踏み出すことができます。
界面活性剤および乳化剤
コーティング配合に含まれる界面活性剤や乳化剤といった他の成分も、再生可能原料から抽出可能です。デンプンや大豆は、石鹸成分を含まない効果的な界面活性剤として機能し、コーティング配合の乳化に成功しています。デンプンは低コストで入手しやすく、環境負荷も最小限であるため、開発者の間で人気があります。また、ポリマーに直接グラフト重合させることで、界面活性剤を使用しない乳化重合も可能です。
界面活性剤のみでは不十分な場合、両親媒性ナノ粒子であるセルロースナノクリスタル（CNC）を乳化安定剤として使用できます。木材パルプや綿などの再生可能なセルロース源から抽出されるCNCは、環境に配慮した素材で安定したエマルションを製造するための新たな道を提供します。
持続可能なコーティングの創出
再生可能原料から持続可能なコーティングを設計・製造するには、配合のあらゆる部分において、その供給源、副産物、廃棄経路を考慮する必要があります。環境に優しいコーティングを実現するには、ポリマー、溶剤、界面活性剤、乳化剤の持続可能性を慎重に評価しなければなりません。新しい素材を採用することで、メーカーは環境意識の高い消費者に訴求する魅力的なコーティングを開発し、未来のグリーンケミストリーに貢献できます。バイオポリマーがどのように製造のカーボンフットプリントを削減しているかについての詳細や、新興バイオポリマーの展望に関するさらに深いインサイトレポートをご覧ください。
