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2015 Fiscal Year Annual Research Report

表面官能基化ZrO2ナノ微粒子を用いた高透明ハイブリッド材料の新展開

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Element-Block Polymer Materials
Project/Area Number 15H00721
Research InstitutionYamagata University

Principal Investigator

川口 正剛  山形大学, 理工学研究科, 教授 (00204694)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Keywords有機無機ハイブリッド材料 / 屈折率制御 / 波長分散 / 光学樹脂 / 封止材 / ナノ分散 / 高分子微粒子 / ヘテロ凝集法
Outline of Annual Research Achievements

有機・無機ハイブリッド材料は文字通り,有機物と無機物をナノレベルまたは分子レベルで複合化させた高機能性の先端材料であり,様々な分野で注目されている。有機・無機ハイブリッド化技術は,有機材料の熱的・機械特性の向上,電気特性・気体の透過性の制御,および光学特性特に屈折率や分散の制御を可能とすることが期待される。しかしその一方で,10nm以下の無機ナノフィラーをポリマーマトリックス中に高含有率かつナノ分散する方法は必ずしも確立されていないのが現状である。
本研究では,水中でナノ分散している透明なZrO2ナノ微粒子分散液を表面処理剤として炭素数が4以上のカルボン酸などを用い,トルエン/水/アルコールによる新規表面処理化方法によって,凝集することなくトルエン中にナノ分散する手法を開発した。この方法によって表面疎水化処理されたZrO2ナノ微粒子は,乾燥後も様々な有機溶媒やモノマーに自発的に溶解(分散)可能であり,ビニル系モノマーの重合によって熱硬化性の高屈折率かつ高透明なハイブリッドバルク材料を得るための基礎的理念を明らかにした。
また,表面機能団としてビニル基,アリル基、ヒドロキシ基,アゾ基,エステル基,ジチオエステル基,チオール基,エポキシ基,アミノ基,アミド基、ハロゲン基などを導入したZrO2微粒子の合成する手法を確立した。表面官能基化された様々のZrO2を用いて,ポリウレタン,エポキシ樹脂,ポリエステル,ポリカーボネート,シリコン樹脂などとのナノハイブリッド化や熱可塑性ハイブリッド創製に必要な基礎的要素技術の確立,チオール-エン重合やチオール-イソシアナート重合などクリック化学を利用したハイブリッド化も行った。さらに,ミニエマルション重合法によってナノ微粒子が100nmサイズの高分子微粒内にナノ分散したハイブリッド微粒子の合成と高性能かつ高透明なラテックス膜を合成する方法を確立した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り、順調に進んでいる。各種表面官能基を有するZrO2微粒子の合成,それを用いた各種高分子とのハイブリッド化,およびハイブリッド微粒子の合成法について精力的に研究を行い、それらの基礎的理念を確立しつつある。

Strategy for Future Research Activity

これまで得られた各種の研究成果をもとに,最終年度では最もハイブリッド化が困難である、ポリチオウレタンとシリコン樹脂とのハイブリッド化の達成と熱可塑性ハイブリッド樹脂の開発を行い,研究の完成を目指す。

  • Research Products

    (32 results)

All 2016 2015

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results) Presentation (24 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] ZrO2ナノ微粒子含有ハイブリット高分子微粒子の合成2016

    • Author(s)
      伊藤 亘, 菊地 守也, 川口 正剛
    • Journal Title

      色材協会誌

      Volume: 89 Pages: 86-92

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] エポキシ/ZrO2ハイブリッド透明バルク材料の設計2015

    • Author(s)
      榎本航之,菊地守也,鳴海敦,川口正剛
    • Journal Title

      高分子論文集

      Volume: 72 Pages: 82-89

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Maltopentaose-conjugated thermoresponsive block copolymer: precision synthesis through RAFT polymerization of N,N-dimethylacrylamide2015

    • Author(s)
      Daichi Togashi, Issei Otsuka, Redouane Borsali, Seigou Kawaguchi, and Atsushi Narumi
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 44 Pages: 428-430

    • DOI

      10.1246/cl.141106

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Radical polymerization of pendant (meth)acrylates on a rigid helical polyisocyanate backbone producing poly(meth)acrylates with "ideally" atactic main chain configuration2015

    • Author(s)
      Atsushi Narumi, Hitomi Baba, Tetsuya Akabane, Yuta Saito, Satoshi Ohno, Daichi Togashi, Kazushi Enomoto, Moriya Kikuchi, Osamu Haba, and Seigou Kawaguchi
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 48 Pages: 3395-3405

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.5b00771

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of maltopentaose-conjugated surface-active styrenic monomers and their micellar homopolymerization in water2015

    • Author(s)
      Daichi Togashi, Issei Otsuka, Redouane Borsali, Seigou Kawaguchi, and Atsushi Narumi
    • Journal Title

      J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem.

      Volume: 53 Pages: 1671-1679

    • DOI

      10.1002/pola.27609

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Graft density dependence of main chain stiffness in molecular rod brushes2015

    • Author(s)
      Moriya Kikuchi, Ryo Nakano, Yuji Jinbo, Yuta Saito, Satoshi Ohno, Daichi Togashi, Kazushi Enomoto, Atsushi Narumi, Osamu Haba, and Seigou Kawaguchi
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 53 Pages: 1671-1679

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.5b01010

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Determination of the chain stiffness parameter of molecular rod brushes consisting of a polymethacrylate main chain and poly(n-hexyl isocyanate) side chain2015

    • Author(s)
      Yuta Saito, Moriya Kikuchi, Yuji Jinbo, Atsushi Narumi, and Seigou Kawaguchi
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 48 Pages: 8971-8979

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.5b02195

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] SiO2ナノ粒子表面にグラフトしたポリスルホベタインブラシ鎖の分子鎖形態2015

    • Author(s)
      菊地 守也, 川口 正剛, 高原 淳
    • Journal Title

      色材協会誌

      Volume: 88 Pages: 341-347

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高屈折率有機・無機ハイブリッド光学材料へのアプローチ2016

    • Author(s)
      川口 正剛
    • Organizer
      帝人21世紀フォーラム
    • Place of Presentation
      東京都品川区大崎ブライトコアホール
    • Year and Date
      2016-01-30 – 2016-01-31
  • [Presentation] ZrO2ナノ微粒子による光学材料の高屈折率化2015

    • Author(s)
      川口 正剛
    • Organizer
      新しい高屈折率透明樹脂の開発動向とその評価 ~さらなる高屈折率・機能化への展望~
    • Place of Presentation
      東京都品川区きゅりあん
    • Year and Date
      2015-11-24 – 2015-11-24
    • Invited
  • [Presentation] 水溶性ポリスルホベタインの精密合成と水溶液挙動2015

    • Author(s)
      梅津 肇, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      2015 高分子学会東北支部研究発表会
    • Place of Presentation
      秋田大学
    • Year and Date
      2015-11-12 – 2015-11-13
  • [Presentation] 医療用光増感剤に用いる糖鎖複合フラーレンの合成と評価2015

    • Author(s)
      篠原 考輔, 加藤 寛基, 鳴海敦, 菊地 守也, 川口 正剛, 覚知 豊次, 池田 篤志, 矢野 重信
    • Organizer
      2015 高分子学会東北支部研究発表会
    • Place of Presentation
      秋田大学
    • Year and Date
      2015-11-12 – 2015-11-13
  • [Presentation] RAFT分散重合法によるブロックコポリマー微粒子の精密合成と特性化2015

    • Author(s)
      山田 晴夏, 佐藤 純香, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      2015 高分子学会東北支部研究発表会
    • Place of Presentation
      秋田大学
    • Year and Date
      2015-11-12 – 2015-11-12
  • [Presentation] Particle size control in dispersion polymerization in non-polar media2015

    • Author(s)
      Seigou Kawaguchi
    • Organizer
      The 5th Asian Symposium on Emulsion Polymerization and Functional Polymeric Microspheres
    • Place of Presentation
      JINJI LAKE SHILLA HOTEL(蘇州市、中国)
    • Year and Date
      2015-10-24 – 2015-10-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Influence of the flexible spacer on backbone stiffness of the rod brushes2015

    • Author(s)
      Yuta Saito, Moriya Kikuchi, Atsushi Narumi, and Seigou Kawaguchi
    • Organizer
      IUPAC 11th International Conference on Advanced Polymer via Macromolecular Engineering (APME2015)
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2015-10-18 – 2015-10-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Preparation of hybrid latex films containing zirconia nanoparticles2015

    • Author(s)
      Wataru Ito, Sho Hakozaki, Moriya Kikuchi, Atsushi Narumi, and Seigou Kawaguchi
    • Organizer
      IUPAC 11th International Conference on Advanced Polymer via Macromolecular Engineering (APME2015)
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2015-10-18 – 2015-10-22
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Preparation of highly transparent hybrid optical materials via direct transfer of ZrO2 nanoparticles from water to toluene phase2015

    • Author(s)
      Seigou Kawaguchi, Yusuke Ichijo, Kazushi Enomoto, Moriya Kikuchi, and Atsushi Narumi
    • Organizer
      IUPAC 11th International Conference on Advanced Polymer via Macromolecular Engineering (APME2015)
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2015-10-18 – 2015-10-22
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ジルコニアナノ微粒子含有高分子微粒子の合成と特性評価2015

    • Author(s)
      伊藤 亘, 箱崎 翔, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] Thiol-ene反応を用いたZrO2ナノ微粒子含有光学材料2015

    • Author(s)
      青山 博, 榎本 航之, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] ZrO2ナノ微粒子によるPVAフィルムの低温高耐水性化2015

    • Author(s)
      山口 敏夫, 佐藤 葉月, 武藤 駿斗, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] 極性モノマーを用いた非極性媒体中での帯電性高分子微粒子の合成2015

    • Author(s)
      竹内 隆人, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] 環拡大型制御ラジカル重合による環状/カテナン状トポロジーを有する高分子構造体2015

    • Author(s)
      鳴海 敦, 長谷川 集平, 柳澤 燎, 富山 美穂, 山田 将貢, Binder Wolfgang, 菊地 守也, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] RAFTミニエマルション重合による糖鎖複合ブロックコポリマーの合成2015

    • Author(s)
      小坂 祥章, 富樫 大地, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子討論会
    • Place of Presentation
      東北大学川内キャンパス
    • Year and Date
      2015-09-15 – 2015-09-17
  • [Presentation] オリゴエチレングリコールメタクリレートのRAFT重合と微粒子合成への応用2015

    • Author(s)
      齋藤 昌次, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      平成27年度 化学系学協会東北大会
    • Place of Presentation
      弘前大学
    • Year and Date
      2015-09-12 – 2015-09-13
  • [Presentation] Highly transparent organic-inorganic optical materials using functionalized ZrO2 nanoparticles2015

    • Author(s)
      川口正剛
    • Organizer
      平成27年度 化学系学協会東北大会
    • Place of Presentation
      弘前大学
    • Year and Date
      2015-09-12 – 2015-09-13
    • Invited
  • [Presentation] グラフト高分子の主鎖剛直性のグラフト密度依存性2015

    • Author(s)
      川口 正剛, 菊地 守也, 中野 遼, 齋藤 悠太, 鳴海 敦
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29
  • [Presentation] 柔軟スペーサーを有するロットブラシの合成と希薄溶液物性2015

    • Author(s)
      齋藤 悠太, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29
  • [Presentation] W/O型エマルションの分散相を鋳型とするパーヒドロポリシラザンを用いたシリカカプセルの一段階合成2015

    • Author(s)
      金原 俊史, 川口 正剛, 齋藤 礼子
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29
  • [Presentation] パーヒドロポリシラザンを用いたシリカカプセルの一段階合成におけるバチルアルコールによるカプセル構造の制御2015

    • Author(s)
      金原 俊史, 川口 正剛, 齋藤 礼子
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29
  • [Presentation] 自己組織化RAFT重合を利用した星形高分子微粒子の合成と特性化2015

    • Author(s)
      佐藤 純香, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29
  • [Presentation] エポキシドをベースとした高屈折率有機-無機ナノハイブリット光学材料の創製2015

    • Author(s)
      榎本 航之, 菊地 守也, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29
  • [Presentation] オリゴ糖鎖複合ポリ(N,N-ジエチルアクリルアミド)の精密合成と温度応答性ナノ構造化2015

    • Author(s)
      篠原 孝輔, 富樫 大地, 大塚 一世, Borsali Redouane, 矢野 重信, 鳴海 敦, 川口 正剛
    • Organizer
      第64回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2015-05-27 – 2015-05-29

URL: 

Published: 2017-01-06  

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