2018 Fiscal Year Research-status Report
Adaptive Material Design for Superhydrophilic Polymer Coatings Based on CO2 Capture
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18K05243
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
須賀 健雄 早稲田大学, 理工学術院, 専任講師 (10409659)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超親水性 / 両性イオン / CO2固定 / ジアミン / 防汚性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、水に浸漬するだけで僅かな水中濃度(300 ppm)のCO2を自発的に取り込み、海洋生物の付着防止に有効な超親水性を発現する高分子コーティングの創出を目的とする。CO2分離・回収法として汎用されるアミン類への可逆的なCO2付加・脱離挙動に対し、近接アミンを共役させたジアミン構造では分子内で両性イオンを形成し、CO2捕捉・保持能を飛躍的に向上できることを独自に見出し、超親水性を引き出す着想につなげた。平30年度は、ジアミン構造要件を整理し、1,3級及び1,2級で、スペーサー数が2のジアミン誘導体において、ジカチオン体よりも両性イオンが優先的に生成することを明らかにした(項目1)。またノボラックエポキシにジアミン部位を導入したP1及びポリグリシジルメタクリレートにジアミン付加した複数のポリマーについて、水中浸漬により親水化挙動を明らかにした(項目2)。特にCO2の吹き込みなしでも、大気下で溶存したCO2濃度でも数時間浸漬すれば超親水性を示すことから、自発的に(エネルギー負荷ゼロで)超親水化する、いわば環境「適応」型の防汚表面として期待できる。中性子反射試験からも、CO2溶存した水への浸漬によりジアミンポリマー薄膜が膨潤する挙動が示され、バルクでの超親水化挙動を支持した(項目3)。海水浸漬試験による生物付着防止・防汚効果の実証については、架橋構造の有無により生物付着挙動の違いが示唆され、藻類の付着も観察されたため、ポリマーマトリクス構造要件も整理しながら最適化を進める必要がある(項目4)。以上、計画に沿ってジアミンポリマーコーティングの設計指針に関する知見を蓄積できた。
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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
研究実績の概要に記載の通り、計画項目(1)でCO2固定・捕捉能を有するジアミン誘導体の分子設計要件を明らかにし、ジアミン部位を含む高分子コーティングの合成・作成手法も確立済みである。項目(2)のノボラックエポキシを出発物としたジアミンポリマーP1の合成だけでなく、合成拡張性の高いグリシジルメタクリレートを主成分とするアクリル樹脂へのジアミン付加、添加剤としての反応条件についても最適化できている。項目(3)の固液界面での挙動については、100nm前後の薄膜を対象とした中性子反射実験を12月に実施し、定常状態での膨潤度などについてはジアミン構造設計指針を支持する予備結果を得ているが、親水層厚みの経時変化など、超親水化過程の描像及び実際の厚みとの開きを考慮する必要がある。項目(4)の防汚性に関しては藻類の付着が見られるのでジアミン濃度などの組成、架橋構造の有無など引き続き最適化が必要である。
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| Strategy for Future Research Activity |
実海水浸漬試験を継続実施するとともに、ジアミンポリマーコーティングの組成・厚み、作成法と親水性、海洋生物の付着防止能との相関を明らかにする。また、中性子反射測定では、水中だけでなく気固界面でもジアミンポリマーがCO2捕捉できるか検証し、親水化するコーティングとしての汎用性を拡張する。
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Research Products
(6 results)
