2014 Fiscal Year Research-status Report
結晶性ブロック共重合体が形成する共連結ナノ構造を利用した機能空間の構築
| Project/Area Number |
26410228
|
|---|
| Research Institution | Kanagawa University |
|---|
Principal Investigator |
池原 飛之 神奈川大学, 工学部, 教授 (90242015)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片岡 利介 神奈川大学, 工学部, 助教 (20514425)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 高分子 / 結晶化 / ラメラ構造 / ブロックコポリマー / 球晶 / プロトン伝導 / 偏光顕微鏡 / 電子顕微鏡 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度の研究では、syndiotactic polystyrene (sPS) を結晶化させた後、非晶部をスルホン化することでブロックコポリマー状の構造を有する高分子薄膜を作製し、プロトン伝導性・メタノール透過性を測定することで直接メタノール型燃料電池用のプロトン交換膜としての物性を評価した。また共連結ナノポーラス材料としてpolyamide 6 (PA) とpoly(ε-caprolactone) (PCL) のブロックコポリマー (PA-b-PCL) を合成し、結晶性の評価とエッチング条件の検討を行った。
sPSを用いたプロトン交換膜の研究では、結晶化させたsPS膜を、溶媒で膨潤させてからスルホン化することで、機械的安定性を維持しつつも高いプロトン伝導性を有する膜が得られた。膨潤させずにスルホン化させたsPS膜は、表面のみがゲル状になり、不均一な膜となった。これらの結果から、膜を膨潤させると、非晶部に溶媒を取り込んでラメラ間隔が広がり、この非晶領域をスルホン化剤が拡散しやすくなったため、膜内部までスルホン化されたと考えられる。また200～240℃にて等温結晶化させた膜よりも0℃に急冷して非等温結晶化させた膜の方が高いプロトン伝導性を示した。
PA-b-PCLは、PAを重合した後に、PA末端からPCLを重合することにより得た。コポリマーの組成比は、モノマーの仕込み比により制御可能であった。このコポリマーは、PCL分率が増加するほどPAのガラス転移温度が低下したことから、融液中において、PAとPCLが一部相溶していると考えられる。PA-b-PCLをNaOH溶液中、PCLの融点以上においてエッチングすることで、コポリマー中のPCLを選択的に分解することが可能であった。エッチング後の膜はボイド構造が表面全体に存在していることが走査電子顕微鏡 (SEM) により明らかとなった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
結晶性高分子を用いて高いプロトン伝導性を有する膜が得られた。このプロトン交換膜の物性は製膜条件やスルホン化条件により大きく変化することが確認された。またPA-b-PCLを、組成を制御して合成した。このコポリマー中のPCLを選択的に分解することで、ポーラス構造が形成された。構想した平成26年度の研究計画が達成されたため、概ね順調に研究が進展しているものと考えられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
sPS膜から得られるプロトン交換膜は、Nafionと同等かそれ以上の選択的透過性を示したが、機能の最適化がまだ不十分である。平成26年度の研究結果を踏まえ、平成27年度は結晶化・スルホン化などの製膜条件を更に幅広く検討する。プロトン伝導度、メタノール透過性の温度依存性を測定し、また膜の表面・内部構造をSEM、透過電子顕微鏡にて観察する。これらの結果から膜のモルフォロジーとプロトン伝導性・メタノール透過性との関係について明らかにしていく。
PA-b-PCLを用いたポーラス材料のポーラス構造は、エッチング前の結晶のモルフォロジーが大きく反映されると考えられる。組成比や結晶化条件により結晶のラメラ間隔などを制御した後にPCLのエッチングを行い、得られたポーラス構造の特徴的なサイズをSEM、TEMなどにより評価する。また材料の比表面積はガス吸着法等により測定し、ナノ構造の連結性や物質の拡散・選択的透過性は、プローブ分子を用いた透過実験などにより評価する。
上述した実験により得られた結果を検証することで当研究課題をより発展させる。結晶性高分子・ブロックコポリマーを用いた更に高機能な物性や有用な特性を持つ材料について検討していく予定である。
|
| Causes of Carryover |
前年度に交付を受けた研究費は、そのほとんどを使用した。残額は1000円以下であり、購入を検討した消耗品・物品を購入するには不足したため次年度へ繰り越した。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の研究費と合わせて試薬等を購入する計画である。
|
