2017 Fiscal Year Research-status Report
高表面摩擦性を実現するナノ多孔を有する超極細複合繊維構造の創製
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16K06740
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
伊藤 浩志 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (20259807)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノロッド構造 / ナノインプリント / 極細複合繊維 / ナノ多孔構造 / グラフィン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，高い表面摩擦特性を示す新たなナノスケールの繊維構造を作製することを目的とする。ここでは，ナノ多孔構造を有するアルミニウム自己組織化膜（AAO）を用いて，非晶性ポリマーのポリスチレン（PS）にナノ粒子としてグラフィンプレート（GPN）を溶融混錬した複合材料を試料に，熱ナノインプリント法によりナノ粒子複合材料ナノ繊維構造を（VACN）作製した。特に本研究では， PSの流動性，機械的性質，熱的性質、表面特性（水接触角測定、摩擦係数）に及ぼすGPNの含有量の影響を実験的に測定し，その効果を明らかにした。
その結果，PSのナノ繊維構造（VAN）およびVACNの長さがインプリント温度に大きく依存することが示唆された。インプリント温度の増加に伴い，ナノスケールでのポリマー粘度と表面張力の低下が生じ，VAN および VACNの長さが増加した。GNP組成の増加は，高分子バルク膜のTgの増加をもたらし，PSとGNPの間の強い吸着表面に起因して，87.1～101.5℃のTgを示すPSになった。さらに，バルク膜と得られたナノ構造との間のTgの相対は，GNPs組成を増加させると，0.9～4.0℃増加することを見出した。得られたナノ構造体の熱伝導率もまた，GPN組成の増加のため0.10～0.36W / m.K増加した。さらに，GNPの添加およびAAO内の閉じ込め効果は，得られたナノ構造の押込み弾性率および押し込み硬度を，それぞれ0.10～1.10 GPaおよび0.01～0.03 GPaに増加した。接触角測定から，得られたVANおよびVACNは約132.4°および133.1°の疎水性が観察された。摩擦係数は，VAN（0.38～0.47）と比較して，VACN（0.48～0.61）の値を示すことから，摩擦係数の増加も観察された。
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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
様々な直径を有するナノ構造を作製できることが明らかとなり，またナノ粒子充填複合材料によるナノ繊維構造の作製も実現した。様々な工業特性，摩擦係数も測定でき，今後はさらに新たなポリマー系での展開を目指すもので，順調に進展したと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度では、前年度の実績をもとに自己組織化テンプレートの作製、結晶性高分子材料の精密インプリント成形による繊維形成機構の解明、得られたナノ繊維の物性評価に主眼を置き、以下に示す計画で進める。
１．結晶性高分子および高機能ナノ複合材料を用いたナノインプリント成形による繊維形成（伊藤（申請者）、研究協力者（技術職員））
繊維材料として、多くの知見を有する結晶性高分子材料のポリプロピレンとそのナノ粒子充填複合材料を用いる。前年度同様に、溶融粘度、熱特性などを現有設備によって測定する。さらに現有設備である真空熱ナノインプリントを用いて繊維構造の作製実験を行う。金型温度、プレス時間、圧力などの成形条件を変化させて実験を行う。さらに、ポリプロピレンを試料に、超臨界状態の二酸化炭素もしくは窒素などの不活性ガスを含浸させたフィルムを用いて、圧力・温度を制御しながら熱インプリントを行い、テンプレート中のナノ繊維に多孔を形成させる。時間を変化させながら、繊維長を実験的に観察するとともに、得られた繊維やフィルム表面上の繊維形成物の連続階層構造を解析する。得られた繊維フィルムの熱特性や配向状態などを詳細に調べる。当初予定通りの特性評価や成形実験が進まない場合、材料を成形実績のある低結晶性ポリプロピレンや分子量・分子量分布が異なる試料について評価対応する。
２．繊維・フィルム表面上の繊維の力学特性評価（伊藤（申請者）、研究協力者（技術職員））
得られた繊維やフィルム表面上の繊維形成物の物性評価を試みる。繊維の摩擦特性や力学特性を詳細に調べる。当初予定通りの物性評価が進まない場合、間接的な評価として、微小粒子の付着力試験や帯電特性などを間接的なデータを取得し、摩擦特性との因果関係を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
今年度は多くの物品費を使用せずに、順調に研究が進展し多くの成果を得た。最終年度に機能性評価の設備と、多くの消耗物品、旅費等を使用を計画している。特に、新たな高機能フィラー充填材料を計画しており、ここに多くの研究費を有する。
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