| Project/Area Number |
23K21068
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| Project/Area Number (Other) |
21H01765 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
高藤 誠 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (50332086)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杷野 菜奈美 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 外国人客員研究員 (80816489)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | オキサジンポリマー / π共役ポリマー / ポリマーナノコンポジット / ナノフィラー / 多環芳香族ポリマー / ナノ粒子 / 熱硬化性樹脂 / 相分離 / 発光性フィラー / ダイヤモンドライクカーボン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、固体ポリマー内部での異種モノマーのin-situ重合・架橋反応によりポリマー鎖が成長することで相分離し、自発的にフィラー化することで光機能性ナノコンポジットを創製するための新戦略を提案する。光反射・散乱や熱線吸収、発光などの光機能をもつ有機ナノフィラーを複合化させた透明ポリマーコンポジットは、ライティングや表示ディスプレイ、デジタルサイネージ、車載用・建材用ウィンドウなどに利用されている。本方法では、固体ポリマーマトリックス中に分散剤フリー、機械的剪断フリーで有機ナノフィラーを均一分散させた高機能な透明ポリマーコンポジットの実現を目指した研究開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、メカニカルシェア（剪断）フリー・添加剤フリーのポリマーコンポジット作製技術の開発を目指し、固体ポリマー内部での異種モノマーの重合・架橋反応とポリマー鎖成長に伴う自発的相分離による有機ナノフィラーの”その場”合成による光機能性透明ナノコンポジット材料の創製に取り組んでいる。
本研究では、モノマーおよび架橋剤として、溶媒中での加熱による球状ポリマー粒子を形成する1,5-ジヒドロキシナフタレン（DHN）と1,3,5-トリメチル-1,3,5-トリアジナン（TMTA）を用い、種々のマトリックスポリマーとともに溶媒中に溶解させた後、ガラス基板上にキャストすることで作製したポリマーフィルムを加熱することで、ナノコンポジットを作製する手法を採用している。これまでの検討結果から、疎水性のポリスチレンをマトリックスポリマーとして用いた場合、球状の多環芳香族ポリマー粒子が形成されやすいことが確認されている。これは多環芳香族ポリマー粒子が水酸基やアミノ基を有しており、より親水的であるため、重合進行に伴う相分離が起こりやすいためであると考察できる。加熱温度を変えてポリマー粒子形成の評価を行った結果、ポリスチレンのガラス転移温度が大きく関係していることが明らかとなった。すなわち、ポリスチレンのガラス転移温度以上の温度で加熱重合した時に球状のポリマー粒子が主として形成し、ガラス転移温度以下の温度で加熱重合した時は、不定形の粒子が多数観察された。これまでの検討結果を踏まえ、マトリックスの極性、流動性が多環芳香族ポリマー粒子の形状に大きく影響していることが示唆された。
今年度の研究成果は、国際学術会議での研究発表５件、国内学術会議での３件（招待講演１件を含む）、計８件の研究発表を行った。
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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
疎水性のポリスチレンをマトリックスポリマーとして、1,5-ジヒドロキシナフタレン（DHN）と1,3,5-トリメチル-1,3,5-トリアジナン（TMTA）の”その場”重合により、球状の多環芳香族ポリマー粒子が形成されていたことから、ポリスチレン中での反応に着目して詳細な加熱条件の検討を行った。加熱温度を変えて形成されるポリマー粒子の評価を行った結果、ポリスチレンのガラス転移温度に依存して、形状が大きく変化することが明らかとなった。すなわち、ポリスチレンのガラス転移温度以上の温度で加熱重合した時に球状のポリマー粒子が主として形成されていることが確認された。マトリックスを溶解させ、回収したポリマー粒子の電子顕微鏡観察結果から、平均粒径が約100nmの粒子が形成されていることが確認された。一方で、ガラス転移温度以下の温度で加熱重合した場合、不定形の粒子が多数観察された。エチレン－酢酸ビニル共重合体（EVA）、ポリメタクリル酸メチル（PMMA），ポリビニルアルコール（PVA）をマトリックスとして同様の実験を行った結果、いずれも粒子は形成されるが、その形状やサイズはマトリックスポリマーに大きく依存することが確認された。以上の結果から、DHNとTMTAは極性から非極性までの様々なマトリックスポリマー中で重合するとともに、相分離により多環芳香族ポリマー粒子を形成するが、その形状はマトリックスポリマーの極性および流動性が大きく影響していることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
有機ナノフィラーの形状制御、分散制御：固体ポリマー（マトリックス）に溶解させた異種モノマーの重合・架橋によるポリマー鎖の成長に伴う自発的相分離を誘発させることで、有機ナノフィラーを形成させるための条件検討を行う。マトリックス内部での自発的なフィラー形成により、分散剤フリー、ストレスフリーでフィラーを分散させた複合体の作製が可能であり、マトリックスと有機ナノフィラーの界面がシームレスに接続された従来のコンポジットには見られないハイブリッド構造の構築が期待できる。モノマーおよび架橋剤、マトリックスポリマーの種類、比率、濃度、さらに反応温度等の反応条件によるマトリックスポリマー内部での有機ナノフィラーの形状（サイズ、形態）ならびに分散・凝集構造を制御する。固体ポリマーマトリックス中での重合・架橋反応の検討およびポリマーの自発的相分離による有機ナノフィラー化の検討での成果、知見を活用し、相分離構造の精密な制御を目指す。
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