ポリマー／分散無機超微粒子界面制御による新しいナノコンポジットデザインと機能創出

• 研究課題/領域番号: 15K06462
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 複合材料・表界面工学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 棚橋 満 名古屋大学, 工学研究科, 講師 (70314036)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: コロイダルシリカ / ポリプロピレン / エポキシ樹脂 / ナノコンポジット / 界面制御 / ナノ分散 / 力学特性 / 熱膨張率 / 機械的特性 / 有機・無機ナノコンポジット

研究成果の概要

シリカ／ポリプロピレン系とシリカ／エポキシ樹脂系ナノコンポジットに注目し，ポリマー／分散無機粒子界面制御に基づいた新規ナノコンポジットの材料設計と機能創出に関する基礎研究を実施した。前者の系では，シリカとPP母材間の界面付着力を制御することで剛性と靭性を兼ね備えたナノコンポジットが創製された。後者の系では，分散ナノシリカの親水性表面の水酸基に由来する界面相互作用によりエポキシ分子鎖の熱運動が拘束されるため，ナノコンポジットの大幅な熱膨張抑制とガラス転移温度上昇が確認された。本研究より，ポリマーと粒子間の界面制御が革新的ナノコンポジット創製に繋がる有用な設計パラメータとなり得ることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Material Design of Silica/Epoxy Resin Nanocomposites with Low Thermal Expansion Coefficient via Uniform Dispersion of Hydrophilic Colloidal Nano-silica Spheres (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Tanahashi and Kazuma Hirota
  • 雑誌名: Proceedings of the 17th European Conference on Composite Materials [ECCM17] (ISBN 978-3-00-053387-7、当該国際会議のWebsiteからのダウンロード電子版) 巻: －
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] シリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの機械的特性に及ぼすシリカ一次粒子径と分散性の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 稲葉翔也, 棚橋満
  • 雑誌名: 成形加工シンポジア'16 巻: － ページ: 198-199
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 分散ナノシリカと母相樹脂間界面付着力がシリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの機械的特性に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 棚橋満
  • 雑誌名: 成形加工シンポジア'16 巻: － ページ: 200-201
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] シリカナノフィラーのポリプロピレン母相との界面における親和性が本系無機／有機ナノコンポジットの機械的特性に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満, 上田章雅, 服部徳人
  • 雑誌名: 第24回フィラーシンポジウム講演予稿集 巻: － ページ: 13-22
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] フィラー／母相樹脂間界面付着力がシリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの機械的特性に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 山東史典, 棚橋満
  • 雑誌名: 第7回日本複合材料合同会議（JCCM-7）講演論文集（当該会議のウェブサイトからのダウンロード電子版） 巻: －
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nanocomposite Design of Silica/Epoxy Resin System with Low Thermal Expansion Coefficient via Uniform Dispersion of Hydrophilic Colloidal Silica Nanospheres (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Tanahashi and Kazuma Hirota
  • 雑誌名: Proceedings of the 17th European Conference on Composite Materials（ECCM17） 巻: 印刷中
  • 謝辞記載あり
• [学会発表] 高分子ラテックスと無機ナノ粒子の混合系の自己集積化による透明複合材料膜の調製と高機能化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 学会等名: 2017年度第1回粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会“夏の若手勉強会”
  • 招待講演
• [学会発表] 微粒子集積法を用いた無機／高分子系透明複合材料の創製と屈折率制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 学会等名: セミナー「フィラー分散による樹脂の光学特性向上と制御・測定技術」［(株) 技術情報協会主催］
  • 招待講演
• [学会発表] 無機ナノフィラーとの複合化による透明アクリル樹脂の屈折率制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 学会等名: プラスチック成形加工学会第160回講演会「光学材料とその技術動向」
  • 招待講演
• [学会発表] 表面非改質無機ナノ粒子と複合化したエポキシ樹脂の熱特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 上田康平，棚橋満
  • 学会等名: 第48回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] 溶融混練による熱可塑性樹脂中でのシリカと異種ナノ粒子のヘテロ凝集体の解砕・分散 (2017)
  • 著者名/発表者名: 香田拓哉，棚橋満
  • 学会等名: 第48回中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] 分散シリカと界面を形成するエポキシ分子鎖との相互作用を活用したエポキシ樹脂の低熱膨張率化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 坂下修梧，棚橋満
  • 学会等名: 第27回学生による材料フォーラム［日本金属学会東海支部・日本鉄鋼協会東海支部主催］
• [学会発表] シリカナノフィラーのポリプロピレン母相との界面における親和性が本系無機／有機ナノコンポジットの機械的特性に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満, 上田章雅, 服部徳人
  • 学会等名: 第24回フィラーシンポジウム ［フィラー研究会主催］
  • 発表場所: ロワジールホテル豊橋 (愛知県)
  • 年月日: 2016-11-17
• [学会発表] 表面非改質無機ナノフィラーとの複合化によるエポキシ樹脂の熱特性の向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田康平, 棚橋満
  • 学会等名: 第6回 CSJ化学フェスタ 2016 ［日本化学会主催］
  • 発表場所: タワーホール船堀 (東京都)
  • 年月日: 2016-11-14
• [学会発表] 分散ナノシリカと母相樹脂間界面付着力がシリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの機械的特性に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 棚橋満
  • 学会等名: プラスチック成形加工学会第24回秋季大会 ［成形加工シンポジア'16］
  • 発表場所: 仙台国際センター (宮城県)
  • 年月日: 2016-10-26
• [学会発表] 親水性シリカおよびh-BNナノ粒子との複合化によるエポキシ樹脂の熱特性の向上 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田康平, 棚橋満
  • 学会等名: 2016年度第2回粉体操作に伴う諸現象に関する勉強会“夏の若手勉強会” ［粉体工学会主催］
  • 発表場所: 八勝園湯元館 (岐阜県)
  • 年月日: 2016-07-29
• [学会発表] Material Design of Silica/Epoxy Resin Nanocomposites with Low Thermal Expansion Coefficient via Uniform Dispersion of Hydrophilic Colloidal Nano-silica Spheres (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Tanahashi and Kazuma Hirota
  • 学会等名: 17th European Conference on Composite Materials ［ECCM17］
  • 発表場所: International Congress Center Munich (Germany)
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] Nanocomposite Design of Silica/Epoxy Resin System with Low Thermal Expansion Coefficient via Uniform Dispersion of Hydrophilic Colloidal Silica Nanospheres (2016)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Tanahashi and Kazuma Hirota
  • 学会等名: 17th European Conference on Composite Materials（ECCM17）
  • 発表場所: International Congress Center Munich（Germany）
  • 年月日: 2016-06-26
  • 国際学会
• [学会発表] フィラー／母相樹脂間界面付着力がシリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの機械的特性に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 山東史典, 棚橋満
  • 学会等名: 第7回日本複合材料合同会議（JCCM-7）
  • 発表場所: 京都府民総合交流プラザ・京都テルサ（京都府）
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] 無機／高分子系ナノコンポジット材料の創製と高・低屈折材料への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 学会等名: セミナー「光学樹脂の屈折率、複屈折制御技術」 ［(株)技術情報協会主催］
  • 発表場所: 日幸五反田ビル8F技術情報協会セミナールーム (東京都)
  • 招待講演
• [学会発表] シリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの機械的特性に及ぼすシリカ一次粒子径と分散性の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 稲葉翔也, 棚橋満
  • 学会等名: プラスチック成形加工学会第24回秋季大会 ［成形加工シンポジア'16］
  • 発表場所: 仙台国際センター (宮城県)
• [学会発表] 親水性シリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの引張り特性に影響を及ぼす樹脂母相の結晶化挙動に関する速度論的解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 服部徳人, 棚橋満
  • 学会等名: 第26回学生による材料フォーラム ［日本金属学会東海支部・日本鉄鋼協会東海支部主催］
  • 発表場所: 名古屋大学 (愛知県)
• [学会発表] 樹脂系コンポジット材料の新展開 ～ 低コスト製造と機能創出の両立 ～ (2016)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 学会等名: 2016年度第3回革新的製品創出サロン ［中部生産性本部主催］
  • 発表場所: 豊島ビル11F中部生産性本部 (愛知県)
  • 招待講演
• [学会発表] シリカ／ポプロピレン系ナノコジットのフィラー母相樹脂界面付着力が機械的特性に及ぼす影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 棚橋満
  • 学会等名: 第25回学生による材料フォーラム（日本金属学会東海支部・日本鉄鋼協会東海支部主催）
  • 発表場所: 名豊ビル（愛知県）
  • 年月日: 2015-11-19
• [学会発表] シリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの結晶化挙動に及ぼす分散ナノシリカ表面の親水性の影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田章雅, 山東史典, 棚橋満
  • 学会等名: プラスチック成形加工学会第23回秋季大会（成形加工シンポジア'15（福岡））
  • 発表場所: 福岡大学（福岡県）
  • 年月日: 2015-11-02
• [学会発表] コロイド水分散系制御を基盤とした親水性シリカ／アクリル樹脂系透明ナノコンポジットの簡易調製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 年光勇太, 棚橋満
  • 学会等名: プラスチック成形加工学会第23回秋季大会（成形加工シンポジア'15（福岡））
  • 発表場所: 福岡大学（福岡県）
  • 年月日: 2015-11-02
• [学会発表] 親水性コロイダルナノシリカの均一分散によるエポキシ樹脂の効果的な熱膨張抑制 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本馬知世, 広田和真, 棚橋満
  • 学会等名: 第66回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県）
  • 年月日: 2015-09-10
• [学会発表] コロイド水分散系を用いた無機ナノ粒子とプラスチックのナノ複合化技術 ～ 無機／有機界面制御，粒子配列制御によるナノコンポジットへの新規機能付与 ～ (2015)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 学会等名: 丸菱油化工業（株） 社内講演会
  • 発表場所: 丸菱油化工業（株）研究本部（大阪府）
  • 年月日: 2015-07-14
  • 招待講演
• [学会発表] Material Design of Silica/Epoxy Resin Nanocomposites with Low Thermal Expansion (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Tanahashi and Kazuma Hirota
  • 学会等名: 2015 International Conference on Nanospace Materials (ICNM2015)
  • 発表場所: Department of Chemistry, National Taiwan University（Taiwan [R.O.C.]）
  • 年月日: 2015-06-23
  • 国際学会
• [図書] 樹脂の高耐熱化と応用技術 (仮題) (2018)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 出版者: (株) 技術情報協会
• [図書] ポリプロピレンの構造制御と複合化、成形加工技術 －フィラー、強化繊維との界面制御／異種材料との接着－ (分担執筆: 第4章・第4節 シリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの結晶化とその制御因子) (2016)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 総ページ数: 15
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] ポリマーナノコンポジットの開発と分析技術 [監修: 岡本正巳] (分担執筆: 第I編・第2章・第1節 ポリプロピレン／親水性シリカ系ナノコンポジットの簡易調製法と機械的特性) (2016)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] ポリプロピレンの改質、複合化と応用事例 －耐熱性、耐衝撃性の改善／接着技術－（分担執筆: 第4章 第4節 シリカ／ポリプロピレン系ナノコンポジットの結晶化とその制御因子） (2016)
  • 著者名/発表者名: 棚橋満
  • 総ページ数: 16
  • 出版者: （株）技術情報協会
• [産業財産権] （メタ）アクリル樹脂複合体組成物の製造方法 (2015)
  • 発明者名: 遠藤晋旦, 麻生宏実, 棚橋満, 年光勇太
  • 権利者名: 三菱レイヨン（株）, 名古屋大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-209037
  • 出願年月日: 2015-10-23