Tailor-made modification of polymeric materials by star polymers serving as designed nanodomains
| Project/Area Number |
22K05230
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
金岡 鐘局 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (10275167)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | 星型ポリマー / リビング重合 / ラジカル重合 / RAFT重合 / 高分子ゲル / ヒドロゲル / 高分子改質剤 / 結晶性高分子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、リビング重合により合成した多分岐星型ポリマーの良好な分散性を活かし、高分子ゲルまたは結晶性高分子材料の特性、おもに力学的特性の改質を検討する。リビングポリマーと二官能性ビニル化合物（架橋剤）の反応で得た星型ポリマーは、中心コア部分に残存二重結合をもつ。それら二重結合を架橋点として高分子ゲルを合成し、ゲルの強靭化およびその機構解明を検討する。また、結晶性高分子にコア－シェル構造の星型ポリマーをナノ分散させることで力学的特性の改質を試みる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.星型ポリマーを架橋点にもつゲルの合成
コア架橋型星型ポリ(N-イソプロピルアクリルアミド）（PNIPAAm）のコアに存在する複数の二重結合を用いてフリーラジカル重合による架橋反応を行い、種々のネットワーク鎖からなるヒドロゲルを合成した。これらのゲルは、架橋点に多数の温度応答性鎖が密に結合した特殊な構造を有している。ネットワーク鎖を構成するモノマーには、立体障害が小さいものを用いた方が、生成ゲルの力学強度が大きくなった。たとえば、アクリルアミド(AAm)とヒドロキシエチルアクリルアミド(HEAAm)から得たゲルは、AAmネットワーク鎖のゲルの方が引張強度が大きかった。アーム鎖重合度150の星型ポリマー架橋剤を用い、種々のAAmモノマー濃度（10 ~ 40 wt%）でゲルを合成した。一軸引張試験では、モノマー濃度の増加に伴って、ある程度の破断伸びを維持したまま弾性率が増加することがわかった。これは、星型ポリマー架橋剤の均一分散性により、架橋点間距離がほぼ一定の状態で保たれたまま星型ポリマー間を結合するポリマー数が増加したためと考えられる。
2.星型ポリマーのナノ分散による結晶性高分子の特性改質
付加開裂連鎖移動(RAFT)重合を用いて種々のアルキルアクリレート星型ポリマーを合成し、別途合成したポリカプロラクトン(PCL)(DPn = 36, 69)と星型ポリマーのアーム鎖を縮合により結合させることで、目的とする星型ブロックコポリマーを得た。PCLに星型ポリマーを添加して作製したフィルムの一軸引張試験の結果、ブチルアクリレート構造をアーム鎖内側に有する星型ブロックコポリマーを添加した場合に、最大応力、弾性率、伸びが最も増大することがわかった。偏光顕微鏡による観察から、星型ブロックコポリマーを添加したフィルムでは、無添加の系に比べて結晶粒径が大きくなっていることがわかった。
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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
星型ポリマー架橋ゲルに関しては、ゲル化反応における星型ポリマー濃度の最適条件を明らかにするとともに、ネットワーク鎖モノマーの構造、ゲル化反応時の濃度を適切に選ぶことで、生成ゲルの力学強度を高めることに成功した。
ブロック星型ポリマー改質剤については、アーム鎖内側のアクリル酸エステルセグメントの構造が、フィルムの伸び、強度に大きく影響することがわかった。また、偏光顕微鏡の観察結果から、星型ポリマーを添加すると、結晶粒径が明らかに増大することもわかった。
以上のように、初年度の成果に加えて、研究目的に則した新しい成果が出ており、おおむね順調に研究計画どおりに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
星型ポリマー架橋ゲルについては、アーム鎖末端に水素結合もしくは静電相互作用可能な官能基を導入し、これらの相互作用を用いて、さらなる高強度化を検討する。また、星型ポリアーの温度応答挙動を活かし、アクチュエーター材料の可能性も検討する。
星型ポリマー改質剤については、他の結晶性高分子または、結晶性高分子と非晶性高分子に与える星型ポリマーの影響を比較するため、汎用的な非晶性高分子を用いた特性改質の検討を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(22 results)
