2018 Fiscal Year Research-status Report
RAFTエマルショングラフト重合による環境浄化材料の創製研究
| Project/Area Number |
17K05956
|
|---|
| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
瀬古 典明 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (10354953)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植木 悠二 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (50446415)
保科 宏行 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (60446416)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | エマルション / ミセル / RAFT剤 / グラフト重合 / 放射線 / 照射 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、高分子吸着材の合成手法として、可逆的付加開裂連鎖移動（RAFT）重合と放射線エマルショングラフト重合とを融合させるというユニークな手法により、グラフトする高分子鎖長及び高分子鎖間隔を制御し、水中に溶存する吸着対象とする金属を捕集可能な高分子側鎖（グラフト鎖）の長さと間隔を揃えたネットワーク構造を有する高選択性吸着材を開発することを目的としている。
平成30年度はアクリロニトリル（AN）モノマーの自己重合により生成されるホモポリマーの分子量に対し、RAFT剤が重合率に与える影響を調べた。30重量％のANモノマー溶液を窒素ガスにより脱酸素化した後、所定時間γ線を照射した。ANの放射線RAFT重合にはベンジルベンゾチオエートをRAFT剤として選定し、添加量をANモノマーのモル比に対して1/500（RAFT剤/AN）で行った。その結果、ANの系ではRAFT剤の有無にかかわらず均一なANポリマーを得られることが分かった。これは、ANが疎水性モノマーであり、重合速度が遅くなることから、基材中の多量のラジカルを起点とするANの放射線グラフト重合が進行するよりも、照射により生成したラジカルが失活することにより、ANグラフト鎖末端の成長ラジカルがグラフト反応を支配し、反応を優位に進行させていると考えられた。そのため、ANをグラフト鎖とする材料設計においては、反応性の低いモノマーを適応することで、より容易に制御できる可能性があると思われる。また、RAFT剤は一般的に反応禁止剤としても知られているため、RAFT剤を添加することでグラフト重合度を抑え、分子量1,000以下の低分子量のポリマーが得ることができる。そのため、グラフト鎖長を短く導入する、または導入する官能基密度を低くする材料設計の場合は、本検討により得られた条件で作製できる見通しが得られたことになる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は、グラフト重合材料を合成する際に必須な電子加速器のメンテナンスに時間を要し、この間照射実験ができないこともあったが、その間は吸着試験評価を集中的に実施したことで、合成から評価まで一貫した研究を突き進めることができ、学会発表や論文公刊に繋げることができた。そのため、本年度の進捗としては「おおむね順調に進展している」とした。
|
| Strategy for Future Research Activity |
１．アクリロニトリル（AN）のRAFTグラフト重合により得られるグラフト重合体末端シアノ基を、様々な機能性基として有望なアミドキシム基に変換し、アミドキシム型のグラフト重合体を作製する。特に、中空糸膜を基材とするアミドキシム型吸着材を合成し、これを用いた吸着試験を行うことで、導入したグラフト高分子側鎖の長短特性評価を進める。また、AN以外のモノマーを用いたRAFT/エマルショングラフト重合として、特に親水性モノマーを用いて重合し、新疎水性側鎖の差異の把握に努めるとともに、結晶相に生成するラジカルに特定して重合が進行する系の探索を推し進める。
RAFTグラフト重合の条件最適化の検討では、植木の協力のもとに進め、吸着速度及び吸着容量の把握に重要なカラム吸着試験等は保科の協力のものに進める。
２．エマルショングラフト重合では、モノマーと界面活性剤で形成されるミセルの形状保持時間（安定性）が反応速度の向上や再現性に大きく依存するため、反応の進行とともに消費されるモノマーによりミセルが変形し、ミセルの粒度分布に影響が与えることが予想される。そして、グラフト重合中はモノマー溶液が加温されている状態であり、ミセルの凝集や合一の現象が発生することが予想される。そこで、モノマーの消費量がミセル径に与える影響を含め、これらミセルの凝集構造や合一現象の経時変化を追跡することによりミセルの粒径や形状とグラフト反応速度との関連性を明確にする。これらの検討は導入されるグラフト側鎖のサイズを意味するため、複数のモノマー用いて段階的にミセルサイズを調整することで評価を行う。ミセル径の測定は植木及び保科と協力して進める。
さらにRAFTグラフト重合により得られる材料を水中の金属を捕捉可能な吸着材として適応するため、吸着した金属とグラフト鎖の吸着構造を把握し、その構造からグラフト鎖長を見積もる。
|
| Causes of Carryover |
次年度使用が生じた理由：本研究を遂行するにあたり重要な電子加速器に不具合が発生し、その修理やメンテナンスに時間を要したため、その間の研究内容をそのまま令和元年度に移行して実施することとした。未実施の照射実験については、令和元年度上期に実施する予定としている。
使用計画：年度全体の研究としては、今後の方策に記載したとおり、RAFT重合により得たアミドキシム型中空糸膜を用いた通水試験を行い、導入したグラフト高分子側鎖の特性評価を進めるとともに、金属除去用に開発する吸着材の評価を実施するため、これらの評価に必要な吸着消耗品や評価機器用キャリアガス等に充当する予定としている。
|
Research Products
(4 results)
