2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of a preparation method of sophisticated polymer composites having efficient properties
| Project/Area Number |
18K05233
|
|---|
| Research Institution | Shizuoka University |
|---|
Principal Investigator |
板垣 秀幸 静岡大学, 教育学部, 教授 (10159824)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | シンジオタクチックポリスチレン / ゲスト分子 / 共結晶 / 配向結晶化 / 偏光蛍光角度分布法 / 広角X線回折 / 導電性ポリマー / ポリアニリン |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
シンジオタクチックポリスチレン（SPS）の空隙を有する結晶をフィルム中の一定方向に配列させ、温和な条件下で、この空隙中でポリマーを重合させたり、ゲスト分子を配列させたりして、配向性を制御したコンポジットを精妙な合成方法で作製し、配列による特異な機能を発現させるというのが本計画の目標であり、本年度の成果は以下である。①SPSは、キャスト溶媒によってSPSデルタ型結晶フィルムとなり、この単斜晶結晶の配向が溶媒依存性をもつことを26種類の溶媒で2018年度に確認したが、本年度は、これらをエプシロン型結晶に変形し、さらにアニリンを結晶空隙中で重合し、導電率の高いコンポジットシステムを複数作製することができた。②①の導電性のキャリヤーを除去し、絶縁状態にしてから酸性ガスの吸着をさせることで導電性を増加させ、ある種の酸性ガスセンサーとして利用できることを示すことができた。③SPSのエプシロン型結晶の空隙中で線状ポリマーを重合させると、結果的に、ビーズを糸で縫うように結晶が更に連続する現象が確認できたので、空隙中で重合するポリマーを水溶性ポリマーとして、重合後に水に溶かして空隙の連結化を進めるプロジェクトを遂行した。モノマーは重合して新規のコンポジットの作製には成功したが、ビニル化合物での重合は、SPSの結晶配向性を乱すこともわかった。④SPSのピリジンゲルなどをはじめに作製し、これらを種々のイオン液体に浸漬し、浸漬時間を変化させることで、さまざまなイオン液体含量の異なる電導性SPSゲルの作製に成功し、さらに、SPS鎖が形成するフィブリル構造の中にイオン液体分子が、ゲスト分子として規則的に配置される場合があることを構造解析などから明らかにした。絶縁体のSPS素材で形成されながら、イオン液体を多く含み、ゲル弾力性のある、耐熱性の高い、導電性ソフトマテリアルの作製に成功したといえる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請計画に沿って総括すると、『フィルム作製時のキャスト溶媒の種類を20種類以上変化させてSPSのデルタインターカレート型とエプシロン型の、結晶化度と結晶配向性を制御する経験則作成を試みる』、という計画に関しては目処がついた。現在投稿中の論文で、少なくとも導電性コンポジットに関しては、SPSのデルタインターカレート型結晶の生成とここで形成されるポリマーの存在が、大きな導電性の要因になっていることも証明できた。2018年度はトルエンやピリジン誘導体が、フィルムの厚さ方向に対して特異的に平行にSPS結晶のポリマー鎖（TTGGコンフォメーションの直線型螺旋構造）が配列することがわかっただけだったが、2019年度はこれらのキャストフィルムから、既に開発済みのエプシロン結晶化処理を行い、これらから導電性コンポジットの作製に成功し、さらに『これらのコンポジットの物性を電導度測定や気体吸着測定などで数値化して評価することで有用なシステムを提言する』という目標についても、定量的な成果を得ることができた。ポリアニリンの導電性が電気絶縁体のSPSの被覆によっても阻害されないことから、SPSのイオン液体ゲルの創製と電導率測定についても研究を拡大し、実際に、このSPSゲルの3次元網目の生成に、SPSのデルタ結晶性フィブリルがイオン液体分子をゲストとして包接していることが安定性の要因であることも確認できた。こうした素材をもとにセンサーなどの機能発現をさらに定量化したいと考えている。以上、本研究は当初の計画よりも進行し、発展し、成功していると自己評価した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
次年度も大きく２つの目標を掲げたい。一つは、(A)結晶空隙内で重合するポリマーの種類をもっと変化させて、このような結晶空隙という限定された空間で重合していく系の具体例を増やし、ここで提案している研究内容をより汎用化していく方向性の実現である。フィルムの厚さ方向に平行にSPS鎖を配列させたSPSエプシロン型結晶中でアニリンを重合させると、いわば穴の空いたビーズを糸で縫うように、或いは重合して成長していくポリマー鎖が、結晶を串刺しにしながら伸びていくため、エプシロン型結晶が長くつながるとともに、この方向、即ちフィルムの厚さが増加していく現象が確認された。実際にフィルム厚自体も最大２倍も広がった。このことは、コンポジットポリマーの重合を通じて結晶の配列を促すだけでなく、フィルムのマクロな形態をも変化させていることを意味する。水溶性ポリマーとなるモノマー分子をエプシロン型結晶空隙中に充填し、重合成長させてエプシロン型結晶をより長く連続化させた後で、水で水溶性ポリマーを除去すれば、細くて長い空隙チューブを結晶性フィルムに並べ、気体分子などのフィルターにできる可能性もある。このような将来性も兼ねて、エプシロン型結晶空隙中で複数のポリマー重合を試みたい。（B）本申請の後半の研究計画は、(I) SPS結晶フィルムの結晶空隙中へ有機金属錯体を導入し配列してコンポジット化すること、(II) 水をはじく筈のSPSフィルムを水溶液に浸漬しても重合反応などが起こっているので、水の挙動あるいは溶媒分子のSPSフィルム内での挙動を解明すること、である。これらについて、申請計画にも記述したように、エプシロン型結晶の空隙がフィルムの厚さ方向に平行な系を用いて、膜厚が数nmレベルの超薄膜からmmレベルのフィルムまでを使い、この空隙と分子の移動などについての知見を得たいと考えている。
|
| Causes of Carryover |
出席する予定の学会に別の公用などで出席できなかったために助成金の使用額が減ったことが主な理由である。この金額に関しては、消耗品と少額備品（500℃程度まで加熱可能なホットプレートなど）の購入および発表論文のオープンアクセス代として使用する予定である。
|
