2019 Fiscal Year Research-status Report
親水性POSSフィラーの添加による新規高性能有機－無機ハイブリッド逆浸透膜の創製
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18K14287
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
山本 一樹 東京理科大学, 理工学部先端化学科, 助教 (20633910)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 逆浸透膜 / イオン相互作用 / 相溶性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題ではケイ素系有機－無機ハイブリッド材料を用いた水分離膜における水透過性の向上を目指して、親水性置換基を有するかご状シルセスキオキサン(POSS)を添加する手法により、高性能な有機‐無機ハイブリッド逆浸透膜の創製を目的としている。
親水性POSSとしてカルボキシル基含有かご型シルセスキオキサンPOSS-COOHを選択し、フィラーして逆浸透膜への応用を検討した。前年度の結果を踏まえ、POSS-COOHとポリマーとの相溶性をより高めるため、カルボキシル基との相互作用を期待してアミノ基を含む架橋型ポリシルセスキオキサンとPOSS-COOHとの組み合わせによるハイブリッド化を行った。
具体的には以下の成果が得られた。重合したゾルの動的光散乱による粒径測定により、POSS-COOHの添加量が増えるほど、粒形が増大する傾向がみられたことから前駆体ゾルとPOSS-COOHとの相互作用が示唆された。また、IRスペクトルによりカルボキシルラートとアアンモニウムイオンに帰属される吸収帯が見られたことからイオン結合の形成が確認された。膜の電子顕微鏡観察により均一な膜であることが確かめられ、前年度の手法よりも分散性の向上が達成された。膜の水透過性は、添加量が1wt%以下の場合は、約1.6倍の水透過性の向上が見られ、それ以上の添加量では水透過性の減少した。低添加量においてはPOSS-COOHが性能を高めるフィラーとして機能することが実証された。
今後、かご状シルセスキオキサンの構造やモノマー構造を変更することで、提案した手法の検証を引き続き行う。
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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
前年度に引き続き、カルボキシル基含有かご型シルセスキオキサン（POSS-COOH）をフィラーとして用いた。今年度は、ケイ素モノマーを2級アミン部位を含むアルコキシシラン（BTES-PA）へ変更することで、高分子側の原料を変えた際の分散性の影響について調査した。前年度を用いたエタン架橋型アルコキシシラン（BTESE）では、ポリマーとPOSSとの相互作用が弱く、特に、カルボキシル基同士の水素結合による影響により、それらが凝集し、相分離が確認された。一方、今回用いた高分子(BTES-PA)では走査型電子顕微鏡で表面観察した限りでは相分離は見られなかったため、分散性の課題については解決した。
以上の理由から、本研究は当初の計画通りに進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度検討したPOSS-COOHとBTESPA混合膜は、分散性・相溶性の観点からは向上が見られた一方で、カルボキシル基とアミノ基の相互作用が強いため、添加量を多くした場合に前駆体の粒子径が過剰に増大しており、高添加量では性能が低下する傾向が見られた。それを改善するため、今後は比較的塩基性の弱いピリジン骨格を有するケイ素モノマーに注目して検討を行う。具体的には、以下の内容を予定している。
①ピリジン架橋型ケイ素モノマー（BTES-VP）とのハイブリッド膜
②新しい親水基を有するPOSSフィラーとポリシルセスキオキサンとのハイブリッド膜の作製
次年度は最終年度となるため、親水性かご型シルセスキオキサンとケイ素高分子との組み合わせや添加量に関してい定量的な相関性を明らかにする。
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