2017 Fiscal Year Research-status Report
Investigation for absorption of solutes in polymers under supercritical carbon dioxide conditions
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17K06894
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
岩井 芳夫 九州大学, 工学研究院, 准教授 (80176528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
米澤 節子 九州大学, 工学研究院, 准助教 (50294898)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 拡散係数 / 超臨界二酸化炭素 / ポリマー / 紫外可視分光法 / 超臨界流体含浸法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
紫外可視分光装置を2台用い、超臨界二酸化炭素に対する溶質の溶解度、超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリマー中の溶質の拡散係数およびポリマーに対する溶質の溶解度を同時に測定する装置を作製した。高圧セルには4つの可視窓を付け、2か所の吸光度を測定することができるようにした。また、所定の圧力で溶質を超臨界二酸化炭素に溶解させるための溶質溶解セルを別途用意した。測定は、大気圧下で固体溶質を撹拌子と共に高圧セルに入れ、上部の2つの可視窓の間にポリマー膜を設置した。また、光ファイバーをそれぞれの可視窓に接続した。この光ファイバーは防水性なのだが、水が入ることがあるため、チューブでカバーし、水が入らないようにした。この高圧セルおよび溶質溶解セルを水恒温槽の中に設置した。高圧セルが所定の温度に達した後、測定圧力の超臨界二酸化炭素を導入し、高圧セル内の空気を超臨界二酸化炭素で置換した。次に、循環ポンプを作動させ、溶質溶解セル中の超臨界二酸化炭素＋溶質を高圧セルに導入した。上部の可視窓の吸光度はポリマー中に溶質が浸透する量に比例するとし、吸光度Iを溶質の吸収量Mに変換すると、長時間経って吸収量の変化がなくなった時の吸収量M∞よりポリマーに対する溶質の溶解度を求め、吸収量Mの時間変化よりFickの第二法則に適当な条件を与えて求めた式を用いることにより、ポリマー中の溶質の拡散係数を求めた。
装置の健全性を確認するため、まず文献値（West et al.: J. Applied Polymer Science, 69, 911(1998)）と比較するため、ポリマーとしてポリメチルメタアクリレート、溶質としてDisperse Red 1を用い、40℃、10, 12, 15 MPaの条件で行った。12MPaでは、ポリマー膜の厚さ35.2, 52.2μmの二つで測定し、既往の研究の文献値と比較したところ、ほぼ一致した。また、圧力が増すほど拡散係数も大きくなることが分かった。
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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
計画通り測定装置を作製し、装置の健全性を確認できた。また、超臨界二酸化炭素雰囲気下におけるポリメチルメタアクリレート中のDisperse Red 1の拡散係数の圧力依存性を測定し、有用な知見を得た。さらに、分子動力学シミュレーションにより、ポリエチレン中の二酸化炭素の拡散係数を計算した。
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| Strategy for Future Research Activity |
紫外可視分光装置でDisperse Red 1の濃度を測定したが、Disperse Red 1の吸光度は溶媒の種類に依存するため、ポリメチルメタアクリレート中のDisperse Red 1の濃度の絶対値を検量線から求めることは困難であることが判明した。そこで、今後は吸光度の溶媒依存性が小さい芳香族化合物を溶質として用いる予定である。また、今年度は分子動力学シミュレーションによりポリマー＋二酸化炭素中の溶質の拡散係数を求め予定である。その際、ポリマーとして最も構造が簡単なポリエチレンを対象とする予定である。分子動力学シミュレーションから得られる値と実測値を比較する目的で、今年度の測定ではポリマーとしてポリエチレンを使用する予定である。
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