| Project/Area Number |
21K14687
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Nagaoka National College of Technology |
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Principal Investigator |
宮田 真理 長岡工業高等専門学校, 物質工学科, 准教授 (50804697)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 分子間相互作用 / 水素結合 / 構造制御 / 架橋反応 / 再生可能資源 / 吸水性高分子 / 分子間水素結合 / 機能性高分子 / 超分子化学 |
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| Outline of Research at the Start |
架橋構造を有する高吸水性ポリマーは、その多くが非分解性の石油由来ポリマーであるため、深刻なごみ問題の悪化が危惧されている。生分解性の高吸水性ポリマーの開発と普及が望まれるが、従来の石油由来ポリマーに匹敵、或いはそれ以上の吸水能力を持つポリマー構造の設計が課題となっている。本研究では、天然由来の再生可能資源のみを用いた安全かつシンプルな条件で分子間相互作用を利用した選択的架橋反応を構築し、高い吸水性と生分解性を併せ持つ新規ポリマーの合成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
多糖類をはじめとした天然ポリマーとその誘導体、カルボン酸類、純水などの再生可能資源を用いた安全かつシンプルな反応条件で高吸水性ポリマーが得られる環境調和型プロセスを開発した。本年度は、開発した再生可能資源のみから高吸水性ポリマーが容易に得られる環境調和型プロセスを発展させ、合成ポリマーの機能化も行った。本研究によって見出した吸水性能を向上させる合成プロセスの追加処理は、架橋剤で用いるカルボン酸類よりも大きなシクロデキストリンなどの機能分子を導入した系でも効果が得られることが確認された。本合成プロセスで得られたシクロデキストリン含有ポリマーは高吸水性を示し、機能分子の包接能についても良好であることが確認された。合成原料にセルロース誘導体であるカルボキシメチルセルロースナトリウムと天然資源由来のカルボン酸類を架橋剤として用いた系では、合成ポリマーの架橋密度と吸水後のポリマーの強度のバランスを取ることが課題であったが、天然資源物質による分子間相互作用を利用してイオン結合を導入し、ポリマーの高吸水性能を確保したまま強度を大きく向上させることに成功した。特定のpH条件下において強固な分子間相互作用で規則配列するヒアルロン酸ナトリウムとカルボン酸類を用いた系では、導入するカルボン酸類でpH調整を行い、架橋構造を構築させた。反応系に規則配列ポリマーと別の多糖類を共存させた系では、規則配列ポリマーの疎水性と親水性の相互作用や水素結合によって別の多糖類の構造配列が変化し、吸水性が向上する条件を検討した。環境調和型の本合成プロセスにおいては、固体状態である膜状態でも架橋反応が進行することを確認しており、分子間相互作用を形成させて規則性を付与した種々の多糖類の配列構造を維持したまま架橋剤分子を構造内に組み入れることが期待される。
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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
分子間相互作用がもたらす選択的架橋構造と吸水性について評価し、機能化によって高吸水性能を確保したまま強度向上が示され、実用化の観点からも機能向上が達成された。また、見出した本合成プロセスにおいて、固体状態である膜状態のままでも架橋反応が進行することを新たに確認できている。全体として、概ね順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
異なる反応条件で得られた選択的架橋構造の効果を検証する。イオン結合を導入した架橋構造制御では、ポリマーの高吸水性と吸水後のポリマーの強度向上を達成したが、これらのイオン結合や水素結合などの相互作用を利用した新たな機能分子の導入を検討する。合成ポリマーの新機能化を行い、生分解性や生体適合性などの材料特性についても評価する。
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