架橋ポリマーアロイ／フィラー複合材の反応誘起型相分離とフィラー界面配列の熱力学
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21H01640
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
岸 肇 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (60347523)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 複合材料 / 界面 / エポキシ / 相構造 / フィラー / ポリマーブレンド / 複合材 / 溶解度パラメータ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、異種ポリマー成分が接する架橋ポリマーアロイ共連続相界面への機能性フィラーの自己組織的配列を導く熱力学の構築である。特に反応誘起型相分離の組成分配およびフィラー表面エネルギーの定量化を試み、架橋ポリマーアロイ／フィラー複合材の硬化過程における自己組織化機構の解明を目指し、また共連続相構造テンプレートへの機能性フィラーの界面配列を支配する主導原理を解明する。波及効果として、極少量フィラーにより電気伝導・熱伝導チャンネルを自己組織化する新規架橋ポリマーアロイ複合材の創出を導く。
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| Outline of Annual Research Achievements |
エポキシ（Ep）重合前は相溶していたポリエーテルスルホン（PES)がエポキシ/アミン反応（高分子化）のため相分離し、Epリッチ相とPESリッチ相を形成する。予め均一分散させたフィラーは、硬化樹脂中にてフィラー種に依存し選択配置場所が異なった。すなわち、ビニルシラン処理シリカはEpリッチ相に配置され、一方、ビニルシラン処理アルミナはEpリッチ相側から移動したように相分離界面付近に配列した。フィラー種により選択配置場所が変化した理由を探るべく、フィラーと反応過程のEp成分のハンセン溶解度パラメータHSPを求め、反応過程での成分間相互作用の変化を考えた。ビニルシラン処理シリカは、相分離直後のEpリッチ相とのHSP距離がPESリッチ相と比べて短く、すなわちEpリッチ相の方がPESリッチ相よりも親和性が高い。そのため、相分離後のシリカ粒子はEpリッチ相に分散した状態でゲル化し、硬化樹脂中のEpリッチ相内に配置されたと考えた。一方でビニルシラン処理アルミナは、シリカと比較するとマトリックス両成分とのHSP距離が同等程度に遠く親和性は高くないが、相分離開始段階では、PESリッチ相より分子量が相対的に小さく混合の自由エネルギーが低いEpリッチ相側に選択配置したと思われる。但し、Ep/アミン反応進行（分子量増加）につれEp相の相互作用半径は小さくなり、アルミナ粒子とEpリッチ相のRED（HSP距離をEp相の相互作用半径で割った値）が上昇する。つまり、Ep重合反応に伴いアルミナ粒子とEpリッチ相との混合の自由エネルギーが増加し、アルミナ粒子はEpリッチ相から排除される方向に移動する。一方、硬化温度（150℃）よりTgが高いPESリッチ相はEpリッチ相より先にガラス化し、Epリッチ相から外側へ移動したアルミナ粒子はPESリッチ相との界面付近で動けなくなり硬化に至ると考えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
反応（重合）誘起型相分離を生じるネットワークポリマーブレンドの反応過程・相分離過程における各成分のハンセン溶解度パラメータを評価し、フィラーとマトリックス成分との相互作用変化を考察し、硬化後のフィラー存在場所と結び付けるアプローチが、熱力学速度論的考察として新しいと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
フィラー表面処理シランカップリング剤種を拡張し、また、硬化剤種や硬化条件も複数検討することにより、2022年度で行った考察の妥当性を検証し、エポキシポリマーブレンド中のフィラー選択配置機構解明をより普遍的なものへと近づける。
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Report
(2 results)
Research Products
(19 results)
