2017 Fiscal Year Annual Research Report
SCATを活用した螺旋ポリマーよりの分子内孔含有２Ｄ高分子気体分子篩自立膜の合成
| Project/Area Number |
16H04153
|
|---|
| Research Institution | Niigata University |
|---|
Principal Investigator |
青木 俊樹 新潟大学, 自然科学系, 教授 (80212372)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金子 隆司 新潟大学, 自然科学系, 教授 (90272856)
寺口 昌宏 新潟大学, 自然科学系, 助教 (30334650)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 高分子合成 / 合成化学 / 反応・分離工学 / 分子認識 / 高分子構造・物性 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
代表者らのオリジナル技術（JACS（2003）発表）である置換アセチレンのらせん選択重合(HSSP)で得られる非常にタイトならせんポリマー(HSSP体)の配向膜を種々のモノマーより合成し、これを鋳型(３官能性モノマー等価体)として、ネットワーク化し、さらにこれも代表者らのオリジナル技術（JACS（2013）発表）であるHSSP体の高選択的光環化芳香族化分解（SCAT反応）を用いて、分子内孔含有２D高分子の合成を行った。種々の組み合わせと順序で、以下の3段階(A,B,C)の実験を、三つの方法（[Method 1～3]）で行った。
STEP A ペンダント官能基間の２Ｄ(二次元)重縮合による規則的な分子内孔を多数持つネットワークポリマー膜の合成、STEP Bこれに続く代表者らのオリジナルである定量的可視光環化芳香族化分解反応(SCAT)による積層型２Ｄ高分子膜の合成、STEP C そして薄膜化を目指して最も薄い高性能の理想的分子ふるい膜として,その分子層剥離による単層型２Ｄ高分子膜の創製を行った。
[Method 1] HSSP体のペンダント間の分子内後重縮合による可溶性ラダーおよびマルチストランドスターポリマーの合成を行った。
[Method 2] HSSP体のペンダント間の分子間後重縮合による分子内孔含有２D高分子の合成を行った。
[Method 3] SCAT体両親媒性３官能性モノマーよりの２D高分子合成を行った。[1] [2]では、STEP A→B→Cの順に行い、これら種々の分子内孔含有２Ｄ高分子の自立膜(単独で強度を持つ膜)気体分子混合物の透過測定を行った。その結果、優れた性能と、いくつかの設計指針を得た。[Method 3]では、STEP Bのあと、基材膜とのブレンド膜を調製し、膜表面でのSTEP Aと、STEP Cを試みた。これらのブレンド膜の気体分子混合物の透過測定を行った。さらには、不溶な成分のグラフト化可溶化に成功し、それらのブレンド膜を用いて、気体分子混合物の透過測定を行った。その結果、いくつかの設計指針を得た。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
STEP A ペンダント官能基間の２Ｄ重縮合による規則的な分子内孔を多数持つネットワークポリマー膜の合成は１５種前後成功した。自立膜の透過に複数成功した。STEP Bこれに続く代表者らのオリジナルである定量的可視光環化芳香族化分解反応(SCAT)による積層型２Ｄ高分子膜の合成は１５種前後成功した。自立膜の透過に複数成功した。STEP C そして薄膜化を目指して最も薄い高性能の理想的分子ふるい膜として,その分子層剥離による単層型２Ｄ高分子膜の創製を行い、７種前後の同定を試みた。これらのブレンド膜の透過に複数成功した。
[Method 1] HSSP体のペンダント間の分子内後重縮合による可溶性ラダーおよびマルチストランドスターポリマーの透過測定においては、１３種前後成功した。
[Method 2] HSSP体のペンダント間の分子間後重縮合による分子内孔含有２D高分子の透過測定においては、１３種前後成功した。
[Method 3] SCAT体両親媒性３官能性モノマーよりの２D高分子合成においては、ブレンド膜で多くのデータを得た。
[Methods 1-3共通] 分離膜性能評価においては、環状構造の効果、および、SCAT構造体の効果を一部明らかにすることができた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
STEP A ペンダント官能基間の２Ｄ重縮合による規則的な分子内孔を多数持つネットワークポリマー膜の合成はさらにモノマー構造、高次構造、あるいは膜構造（ブラシポリマー膜など）を最適化し、自立膜性を向上させる。STEP Bこれに続く代表者らのオリジナルである定量的可視光環化芳香族化分解反応(SCAT)による積層型２Ｄ高分子膜の合成は、コモノマーの構造を最適化し、さらには、鋳型高分子の分子量の制御、あるいは共重合化を行い、構造解析を容易にする。STEP C そして薄膜化を目指して最も薄い高性能の理想的分子ふるい膜として,その分子層剥離による単層型２Ｄ高分子膜の創製は、より可溶化しやすい置換基構造を導入して行う。あるいは、不溶化後そのまま支持膜に移送して、透過測定に用いる。
[Method 1] HSSP体のペンダント間の分子内後重縮合による可溶性ラダーおよびマルチストランドスターポリマーにおいては、さらにストランドを増やし、性能、特に選択透過性の向上を図る。
[Method 2] HSSP体のペンダント間の分子間後重縮合による分子内孔含有２D高分子の透過測定においては、分子内孔の制御を進め、さらに性能、特に透過性の向上を図る。
[Method 3] SCAT体両親媒性３官能性モノマーよりの２D高分子合成においては、単独自立膜創製を目指す。あるいは、膜表面、膜内部の層間を利用して、薄膜を得る。
[Methods 1-3共通] (1) ２D構造の評価と最適化 分子内孔含有２D高分子合成：２D含率,２D比を指標として,これらの向上を試行錯誤しながら段階的に進める。(2) 分子ふるい膜としての評価 分子ふるい膜実現：２D含率,２D比,分子孔サイズと選択透過係数との関係を吟味し,試行錯誤しながら段階的に進める。
|
