2018 Fiscal Year Annual Research Report
Thermodynamics and kinetics of networked polymer-alloy composites with aligned fillers at interfaces
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18H01725
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
岸 肇 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (60347523)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 複合材料 / フィラー / エポキシ / 相構造 / 界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
芳香族アミン硬化エポキシ／ポリエーテルスルホン(PES)ブレンドを用いたネットワークポリマーアロイにて、反応誘起型相分離による共連続相構造界面にサブマイクロメートルサイズのシランカップリング処理アルミナフィラーを連続配列させ得ることが明らかとなった。一方、未表面処理アルミナフィラーの場合はPESリッチ相内に配置されること、および数マイクロメートルを超えるサイズのアルミナフィラーでは表面処理を施しても界面配列性が劣ることがわかった。
アルミナフィラーへのシランカップリング処理がエポキシ樹脂親和性に及ぼす効果を調べるため、エポキシ樹脂モデル物質としてのフェニルグリシジルエーテルのフィラー堆積物への浸み込み速度をペネトアナライザーにより評価したところ、シランカップリング処理アルミナフィラーへのフェニルグリシジルエーテルの親和性は未処理フィラーより低下していることがわかった。前段落の結果と合わせると、界面配列の推進力は単純な２成分間の親和性では説明できないことを示している。すなわち、フィラー界面配列の実現には、フィラー表面と樹脂成分との親和性（熱力学平衡論）のみならず樹脂のゲル化による構造凍結とフィラー配列の速度論的競争関係も重要と考えられた。引き続き、平衡論と速度論の両面からの界面配列機構解析が必要である。
他方、芳香族アミン硬化エポキシ／ブロック共重合体ブレンドを用いたネットワークポリマーアロイにて、ブロック共重合体の自己組織的ミセル形成によるナノ共連続構造が形成された。このブレンド系に予め炭酸銀を分散させ、樹脂中でin-situ還元反応でナノ銀フィラーを形成させたところ、ナノ共連続構造に沿って銀フィラーを部分配列させることに成功した。還元剤として少量用いたアルキルアミンが銀フィラー表面処理剤としても働き、ポリマーアロイ中での存在状態を支配しているとの仮説が考えられる。
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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
異なるポリマーを用いた２種のエポキシブレンド系それぞれにおいて、数マイクロメートルサイズと数十ナノメートルサイズという異なるスケールの共連続相構造を形成し、いずれもフィラー複合材における相界面配列の実現を得た。
特に、数マイクロメートルサイズの相構造を有する芳香族アミン硬化エポキシ／ポリエーテルスルホン(PES)ブレンドにおいては、アルミナフィラー表面へのシランカップリング処理が樹脂相構造中でのフィラー選択配置場所に及ぼす効果を明らかにした。その機構解明のため、熱力学平衡論の立場からモデル実験を積み重ねている。
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| Strategy for Future Research Activity |
フィラー界面配列メカニズムについては今のところ熱力学的平衡論のみでは説明できず、速度論と合わせた両面からのアプローチが必須と考えている。フィラー界面配列の時系列的経緯を明らかにするため、相分離とフィラー配列のその場観察を今後検討する。
平衡論および速度論の議論を深めるために、フィラー堆積物への樹脂成分浸透といった初年度のアプローチに加え、動的濡れ性等の評価も行いたい。
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