2014 Fiscal Year Research-status Report
省エネルギー化に向けた新規抵抗低減剤の開発と分子機構解明
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26410193
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
多賀 圭次郎 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30163330)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 靖 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30335088)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 流動抵抗低減 / 省エネルギー / 界面活性剤 / 紐状ミセル / ジェミニ（二鎖）型 / 対イオン有機物化 / 電気伝導度法 / 流体粘弾性法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【新規界面活性剤の合成】
抵抗低減剤として、今年度は二鎖型界面活性剤に着目し、新規に合成を行なうこととした。抵抗低減剤の一つであるAlkyl Trimethyl Ammonium Bromide（ATAB）を基本骨格として進めていった。炭素数が14から22のアルキルジメチルアミン（Cn-N(CH3)2、n=14~22(偶数)）を出発物質とし、Di-bromide法により、極性基（-N(CH3)2）をスペーサー（メチレン鎖、炭素数m=3~6）で連結した二鎖型界面活性剤を合成した。1H-NMR・IR測定により、それぞれの化合物が合成できたことを確認した。これら一連の化合物を抵抗低減効果発現のための調査対象物質とした。
【CMC決定とミセル形成-抵抗低減効果の相関評価】
合成した一連の化合物の水溶液物性について、電気伝導度法により電導度測定を行ない、臨界ミセル濃度（critical micelle concentration: CMC）を決定した。全ての化合物において、ミセル形成に伴う電導度直線の屈曲点が現れ、ミセルを形成することがわかった。それぞれの化合物のCMCは、対応する一鎖型のものに比べ、およそ1/20という低濃度であった。スペーサーの導入により、ミセル形成時に発生する親水基間の電荷反発が抑えられ、ミセルが形成されやすくなったためと考えられる。これら一連の化合物の水溶液について、流体粘弾性発現の基本である渦抑制度およびはね戻り度測定を目視観察により行なったところ、一連の新規化合物群については、(n,m)の組み合わせが(16,3)、(18,4)、(20,5)、(22,6)の場合においてのみ、渦抑制とはね戻り現象がみられた。ジェミニ型界面活性剤の紐状ミセル形成においては、スペーサー部の炭素数と主鎖の炭素数の間にある相対関係がある時、抵抗低減効果を発現すると考えられる。
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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
今年度、新規に合成した界面活性剤化合物は、抵抗低減剤として報告されている界面活性剤「セチルトリメチルアンモニウムブロミド（C16H33-N(CH3)3Br： C16TAB）」を基本骨格とした、メチレン基スペーサー接続型ジェミニ界面活性剤である。C16TABの陽イオンによる強い殺菌作用を低減させるため、スペーサーによるイオン強度の減少化、またジェミニ型によるCMCの低濃度化を目標とした。アルキルジメチルアミン（Cn-N(CH3)2への求核攻撃物質として、アルキル鎖両末端にBrを有するジブロモアルカン（Br-(CH2)m-Br）を選択した。両端が求核剤であることから、一方の求核攻撃によるもう一方の求核能の低下が懸念されたものの、収率は70~90%であり、おおむね良好に化合物が合成できている。
合成した一連の界面活性剤の水溶液について、電気伝導度法により水溶液物性の測定を行なった結果、全ての化合物において電導度直線の屈曲によりCMCを決定でき、またそのCMCが、対応する一鎖型に比べて約1/20という低濃度化の実現に成功した。スペーサー導入に伴う2親水基の固定により電荷反発が抑制され、結果としてCMCの低濃度化につながったものと考えられる。一連の界面活性剤群において、(n,m)の組み合わせが(16,3)、(18,4)、(20,5)、(22,6)の場合にのみ、その水溶液に渦抑制とはね戻り現象が発現した（紐状ミセルの形成）。一鎖型の場合、アルキル鎖長と親水基の組み合わせに系統性は特になく、その発現の有無はランダムであるが、ジェミニ型の場合、スペーサーの鎖長と主鎖のアルキル鎖長との間に相関のある可能性（ATAB系列では指数関数型）を見出すことができた。この相関性は、以降の新規界面活性剤合成のための指標となるものと考えられる。
以上のことから、「おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
界面活性剤を用いた抵抗低減効果において、「添加剤」が重要な役割を果たしている。実際、報告されている抵抗低減剤は、C16TABに有機化合物のサリチル酸ナトリウム（SalNa）が添加されたものである。CMCの低濃度化と渦抑制・はね戻り現象を実現したジェミニ型界面活性剤にSalNaを添加した混合物は、より低濃度において渦抑制・はね戻り現象が発生する可能性がある。そこで、これら混合物群について、CMC測定および渦抑制・はね戻り（水溶液物性）測定を行ない、さらなる環境低負荷実現の可能性を探る。また、SalNaはその同族体として、-OH基の位置の異なる0-OHNa、3-OHNa、4-OHNaが存在する（SalNaは2-OHNaに相当）。紐状ミセルの形成においては、ジェミニ型に対するより適切な添加剤がある可能性も期待されることから、これら添加剤群と上述のジェミニ型界面活性剤の混合物についても、水溶液物性測定を行なう。
さらなる環境低負荷な抵抗低減剤の実現のためには、二鎖型に代わる新規界面活性剤の創製が必須である。そこで、両性界面活性剤に着目し、合成・水溶液物性の調査を進めていく。両性基として、ジメチルアミンオキシド基（-N+(CH3)2O--: DMAO）を選択する。両性であると同時に、極性基を有するのが特徴である。アルキル鎖（疎水基）の炭素数を12から18に設定しADMAOを合成する。一連のADMAO水溶液について、水溶液物性測定を行ない、紐状ミセル形成と抵抗低減効果との相関を追究する。ADMAOは両性界面活性剤であることから、電気伝導度法によるCMC決定は困難であることが予想される。そこで、表面張力法によるCMC決定を行なう。今年度導入した表面張力装置について、現在、動作環境の整備・試験的導入を行なっている段階であり、至適条件が得られ次第、この装置によるCMC決定を進めていく。
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Research Products
(13 results)
