2014 Fiscal Year Research-status Report
自己折りたたみ特性を持つ感温性多層ゲルの開発－２Dから３Dへ
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25410229
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
飯澤 孝司 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60130902)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 健彦 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10274127)
迫原 修治 広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80108232)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 感温性ゲル / コアーシェル型ゲル / 非対称二層ゲル / 自己折り畳み特性 / 感温特性 / 屈曲-伸長特性 / 平板から立体形成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生成したポリ（Ｎ－アルキルアクリルアミド）（PNAA）ゲルの機械的安定性を向上させるために、ポリビニルアクリルアルコールとグルタルアルデヒドで強化した相互侵入型分子網目構造（IPN）を持つポリアクリル酸ゲルのDBU塩（IPN-DAA）板を作成した。IPN-DAA板と1段目のn-プロピルアミン（NNA）との反応を途中でとめ、シェル層のPNAA Iと未反応のIPN-DAAからなるコアーシェル型ゲル板を合成した（第1段目の反応）。次にこのゲルを第2段目のNNAとN,N-ジメチルプロピルアミン（DMPA）の混合物を反応させる2段階のアミド化によりシェル層にPNAA I、コア層にPNAA IIゲルからなるPNAA I－PNAA II－PNAA Iからなる三層（コアーシェル）板を合成した。さらに、1段目の反応時間を変えることにより、PNAA IとPNAA IIの膜厚比を自由に調整できることを明らかにした。H25年度はこれを掘削することにより非対称部分（屈曲部分）を導入することを検討した
H26年度はIPN-DAAゲル板を作成し、このゲル板の中央部分をポリイミドテープでマスキングし、一段目のアミド化を局所的に抑制することにより非対称な屈曲部分（他の部分とPNAA IとPNAA IIの厚みが異なる）を含むコアーシェル型ゲルテストピースを合成した。対称な部分は膨潤しても大きく形状を変化しないが、マスキング部分は非対称となり、各層の膨潤率の違いから掘削法の場合と同様に屈曲した。このテストピースの各温度での屈曲特性を測定した。その結果、PNAA I、PNAA IIの感温特性およびマスキングテープの幅等により、テストピースの各水温での屈曲角度が大きく変化した。ゲルの屈曲に対するこれらの依存性を明らかにした。また、屈曲角度は再現性があり、温度変化により繰り返し屈曲－伸長が可能であることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ポリアクリル酸ゲルのDBU塩（DAA）をポリビニルアクリルアルコールとグルタルアルデヒドで強化した相互侵入型分子網目構造（IPN）を持つIPN-DAAを用いることにより、IPN-DAA、IPN-PNNA、およびIPN- PNAA I-PNAA II のコアーシェル型ゲルは比較的容易に合成できた。しかもこれらの方法で合成した非対称二層ゲルは、温度スイングによる繰り返し変形を検討することができた。したがって、26、27年度に予定していた掘削およびマスキング法により作成した非対称二層ゲルのテストピースの屈曲性の検討をＨ25、26年度中にかなり行うことができた。本年度は、最終目標である平面の板から温度変化による多面体形成（２Ｄから３Ｄへ）を優先的に研究する。
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| Strategy for Future Research Activity |
溝を掘削して屈曲部を導入する方法（合成法１）およびマスキングにより屈曲部を導入する方法（合成法２）は、かなり確立できたので、Ｈ２７年度は、
ゲルが変形する際の大きな応力によりゲルが徐々に破壊されることが予想される。溝を掘削（合成法１）およびマスキング（合成法２）により屈曲部を導入したテストピースが温度スイングによるゲルの屈曲－伸張の変形を繰り返した際のゲルの安定性、耐久性を明らかにする。また、屈曲部の合成法として、合成法１および合成法２どちらが本目的に適しているか明らかにしたい。
上記の検討で得られるテストピースのデータを基に平面の板から温度変化による多面体形成（２Ｄから３Ｄへ）を検討する。まずは四面体形成用の多層ゲルを作成する。さらにここで得られたデータを拡張し、正六面体、正八面体などの正多面体を作成する予定である。さらに、得られた多面体を形成できる非対称な屈曲部位を有する多層ゲル板の感温・屈曲特性を評価する。また、問題点を抽出し屈曲部分の作成法にフィードバックし、改善に努める予定である。
昨年度本研究の追加として、得られた非対称二層ゲルが屈曲する際、どれくらいの力でどれくらいの仕事ができる検討することを提案したが、本年度は実際の実験によりこれを測定したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
非対称二層ゲルの合成ならびに屈曲特性などの評価については、順調に進んでいる。しかし、学会発表等で、作成した非対称二層ゲルが屈曲、あるいは伸長する際、どれだけの仕事ができるか指摘を受けた。この問題を明らかにすることは、非対称二層ゲルを実用化する上で重要な問題であり、この研究期間内のうちに是非これを明らかにしたい。そこで、研究計画書になかった目標「得られた非対称二層ゲルが屈曲―伸長する際、どれくらいの力でどれくらいの仕事ができるかの明らかにすること」を追加することにした。そのため、Ｈ２７年度にこの実験を行う新たに簡便な実験装置等を作成するために、倹約して約３０万円を繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上で述べたように、新たな追加実験のための簡単な装置（屈曲した非対称二層ゲルに荷重をかけた際の形状変化を測定するためのビデオカメラ、測定装置の温度を一定にするための恒温槽など）２０万円、ならびに消耗品（非対称二層ゲルの資料をある程度大量に作成するため）１０万円を昨年度繰り越した残額に充てる予定である。これに費やす費用を含めて速やかに予算を執行する予定である。
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Research Products
(4 results)
