イオン・溶媒の移動制御システムを組み込んだ固液共存型分子アクチュエータ素子の設計

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06555234
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 中野 義夫 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 教授 (30092563)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清田 佳美 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助手 (60216504) ; 沢山 茂 三菱化学(株), 総合研究所, 部長研究員 ; 木村 元彦 静岡大学, 大学院電子科学研究科, 助手 (20195382)
• Keywords: 高分子ゲル / イオン / 物質移動 / アクチュエータ / 自律応答材料 / 電場 / 動電現象

Research Abstract

2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(強酸型イオン基)とポリビニルアルコールの相互貫入網目構造を有する膜状ゲルを合成し、電解質を含む水溶液中でこの膜に電場を印加した。主鎖(イオン基)濃度、水溶液中ならびにゲル中の対イオンの種類とその濃度、膜厚を種々変化させて電場中における膜の屈曲挙動(屈曲初速度)を調べ、同一の膜厚基準に補正した値により各操作因子の屈曲速度に及ぼす効果を比較した。その結果、(1)ゲル膜内の有効電荷密度が高くなるに従ってゲル膜の屈曲初速度は増加する、(2)この有効電荷密度は上限値が存在し、仕込み時のイオン基濃度が30mmolを越えると対イオン凝縮により有効電荷密度が高くならない、(3)同一の導電率に調整した1価もしくは2価型の対イオンを含む水溶液中において、膜の屈曲速度は1価型の対イオンにおいて2価型の対イオンの場合よりも速くなる、ことを明らかにした。ゲルの膨潤体積はゲル内に存在するイオン濃度に依存することから、上述の諸結果は、ゲル膜の屈曲がゲル内のイオン濃度分布の変化によって誘発される現象であることを裏付けている。
さらに、本ゲル膜の屈曲挙動を誘発する環境因子の操作によってゲルの屈曲パターンの相関性をまとめた。また、ゲルの屈曲速度を最大にするゲル相ならびに環境の条件(組み合わせ)の最適化を図る上でドナン比が有効な指標となることを明らかにした。
ゲルの作製において粘度の高いプリゲル溶液の均一混合を行うために超音波洗浄器(本年度購入)を用いた。また、ゲルの合成段階においてモノマーの精製を行うためにエバポレータ(本年度購入)を用いた。

Research Products

• [Publications] Y. SEIDA and Y. NAKANO: "Concept to Control the Phase Behavior of Stimuli-sensitive Polymer Gel" J. Chem. Eng. Japan. 28. 425-428 (1995)
• [Publications] 中野義夫、清田佳美: "イオン性高分子ゲル膜の物質移動-屈曲挙動のダイナミックス" Polymer Preprints, Japan. 44. 1598-1599 (1995)
• [Publications] 中野義夫、清田佳美: "固液共存型分子アクチュエータ素子の動的挙動制御システムの設計" 化学工学会第60年会研究発表講演要旨集. 176- (1995)
• [Publications] 中野義夫、清田佳美: "高分子ハイドロゲルの電気化学的放水特性" 化学工学論文集. 21. 319-325 (1995)
• [Publications] 中野義夫、清田佳美、大野順通: "イオン・溶媒の移動制御システムを組み込んだ固液共存型分子アクチュエータ素子" 化学工学. 59. 259-260 (1995)
• [Publications] 中野義夫、清田佳美: "自律応答型ソフトマテリアルの環境設定と変形挙動" 第28回化学工学会秋季大会研究発表講演要旨集. 387- (1995)