2014 Fiscal Year Annual Research Report
高分子化したイオン液体に束縛された水分子数の可逆的な制御
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26248049
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
大野 弘幸 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00176968)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | イオン液体 / 高分子ゲル / LCST / 相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
イオン液体と水の混合系において、昇温により相分離し、冷却により相溶する特殊な組み合わせ系について研究を行っており、この様な性質を示すイオン液体に重合基を導入し、高分子ゲル化し、温度変化により水との親和性を制御できる高分子ゲルを作製し、水の吸脱着をわずかな温度変化で可能とすることを目的として、平成26年度は計画通りに研究を進展させた。特に、下限臨界溶解温度を示すイオン液体/水混合系について、60℃以下で相転移を示すイオン液体を高分子化し、ゲル化させることができた。モノマー構造、架橋剤などを選択することにより、ゲルの機械的強度を変化させ、水の吸脱着に伴う、クラック（ひび割れ）などの有無と併せて、可逆的な作動の可能性を検討した。その結果、2～3回の温度のサイクリングに伴い水を吸脱着するゲルの作製に成功した。自重の数百～千倍以上の高吸水性ゲルは機械的な強度が維持できず、複数回の利用ができなかった。そこで、一回の昇降温で吸脱着できる水の量をある程度犠牲にしてでもゲルの強度を高めることにより、繰り返し安定性の向上が期待できることが分かった。現在まで10回の昇降温でも可逆的に水を吸脱着する子分子ゲルの作製に成功している。
また、共重合法を適用することで、相転移温度を自由に制御したゲルの作製にも成功した。また、自由な対イオンを持つ通常の高分子化イオン液体に対し、対イオンが固定されたzwitterionにおいてもLCST型の相転移を示す系を見出すことができ、高分子化後のイオン交換を抑止する系の作成準備もできた。この知見は海水に本高分子ゲルを浸漬させた時に考えられるイオン交換を防止する有力な方法論につながる。
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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
26年度の計画通りに研究を進展させた。特に、下限臨界溶解温度を示すイオン液体/水混合系について、60℃以下で相転移を示すイオン液体を高分子化し、ゲル化させることができた。また、共重合法を適用することで、相転移温度を自由に制御したゲルの作製にも成功した。特に、これまでの欠点であったゲルの力学的な強度を維持したまま、温度応答性を発現させることに成功した。また、自由な対イオンを持つ通常の高分子化イオン液体に対し、対イオンが固定されたzwitterionにおいてもLCST型の相転移を示す系を見出すことができ、高分子化後のイオン交換を抑止する系の作成準備もできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
対象とするイオン液体をさらに広げ、目的に合致する高分子化イオン液体ゲルの探索を継続する。対象にはzwitterion系イオン液体も含める。高分子ゲル化にはこれまで蓄積してきた知見を基に、最適な条件を設定する。また、ゲルの安定性と吸脱着できる水の量を共に向上させる方法論の開発を行う。最終的には海水から水のみを可逆的に吸脱着する高分子ゲルを作製することを目的とするため、海水/イオン液体混合系の物理化学的な知見も集積し、高分子化の必要条件（できるだけ高イオン密度を達成させるための式量の小さなイオン液体でLCST挙動を行わせること）などを満たす系の設計を行う。併せて、これまでに無い新規な温度応答性高分子電解質ゲルの利用分野の拡大を検討する。
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