| 研究課題/領域番号 |
20K05625
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35020:高分子材料関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
長谷川 伸 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員 (60354940)
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| 研究分担者 |
廣木 章博 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 併任 (10370462)
前川 康成 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 部長 (30354939)
澤田 真一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員 (70414571)
奥島 駿 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 研究員(任常) (80805672)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 放射線グラフト重合 / 芳香族炭化水素高分子 / 結晶化度 / ラメラ周期構造 / 芳香族炭化水素 / 重合反応機構 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
耐熱性及び機械特性に優れた芳香族炭化水素高分子へ、イオン伝導性等の機能をグラフト重合により付与した多機能型芳香族炭化水素高分子膜の創出を目的とする。具体的には、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）膜に加え、これまで高グラフト率が得られないポリフェニレンスルフィド(PPS)や、ポリベンゾイミダゾール（PBI）等の芳香族炭化水素高分子へ加熱や溶媒アニール等の前処理を行い、ラメラ等の結晶モルホロジーの制御と重合過程での結晶モルホロジーをモニターすることで最適な反応進行条件と、重合反応のキーとなる重合因子を見出し、様々な芳香族炭化水素に適用可能な多機能型芳香族炭化水素高分子の製造方法を開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、耐熱性及び機械特性に優れた芳香族炭化水素高分子へ、イオン伝導性等の機能をグラフト重合により付与した多機能型芳香族炭化水素高分子の創出と、反応機構に関する因子の解明を目的とする。今年度は、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)膜へアニオン伝導性前駆体であるクロロメチルスチレン(CMS)の放射線グラフト重合について、溶媒アニール効果による反応加速効果を検討した。PEEKへのCMSグラフト重合に関する溶媒アニール効果について検討を続けた。溶媒の効果について、PEEK基材膜を反応前に浸漬する前処理効果と、グラフト重合反応中に反応溶媒として用いる2つの効果をそれぞれ検討した。前年度まで、溶媒アニール効果として効果を見出したについてテトラエチレングリコール(TEG)を用いて、重合反応を検討した。加熱や溶媒浸漬等の前処理を行わない結晶化度11%のPEEKへのCMSグラフト重合は、反応時間24時間において、グラフト率（GD）10％であり、目標のGD60％以上に達することができず、これまで溶媒処理効果が見出されていたジオキサン（DOX）を用い、前処理膜と反応溶媒にDOXを用いたグラフト重合では、GD27%にとどまった。前処理膜と反応溶媒にTEGを用いた場合、GDは、65%であった。今回、前処理にDOX、反応溶媒にTEGを用いた反応について、照射線量640 kGy, 反応温度90℃でグラフト重合は更に進行し、GD90％（72 時間）に達することが新たに見出された。得られたPEEKグラフト膜の破断伸びと、破断強度は、117%、90 MPaとなり、従来膜の破断強度40 MPaと比較して、2倍以上の高い値を示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初の計画において、芳香族炭化水素高分子であるポリエーテルエーテルケトンへ十分なグラフト率の見いだせないモノマーであるクロロメチルスチレンを用いたグラフト重合反応において、前処理溶媒と反応溶媒を組み合わせることで、十分なグラフト重合反応が進行する条件を新たに見いだせた。
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| 今後の研究の推進方策 |
ポリエーテルエーテルケトンを利用したアニオン型グラフト電解質膜を調製し、亜鉛空気電池試験における、膜性能の最適化と耐久性を検討するとともに、グリコール系溶媒を用いた溶媒アニール効果について、ポリエーテルエーテルケトンの放射線グラフト重合反応と反応機構についての解明を検討する。
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