| 研究課題/領域番号 |
22K02984
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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09080:科学教育関連
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| 研究機関 | 愛知教育大学 |
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研究代表者 |
長 昌史 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (50332721)
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| 研究分担者 |
中村 洋 京都大学, 工学研究科, 教授 (90243162)
井田 大地 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80610518)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2026年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 高分子化学 / 機能性高分子化合物 / 高校化学 / 化学教育 / 化学教材 / 吸水性ポリマー / イオン交換樹脂 / 高分子化学教材 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，機能性高分子化合物である，刺激応答性ゲル，生分解性高分子，高吸水性ポリマー，感光性高分子，イオン交換樹脂等に関する実験教材の探求・開発を行う。開発された実験教材を，高校訪問授業や公開講座などにおいて試用し，参加者からのフィードバックを受け，教材が持つ特性の詳細な調査および教材としての最適化を進める。確立された教材について，得られた知見を論文等で公表し，高分子化学教材の普及を推進する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，高校化学で機能性高分子化合物の教育・実習に利用できる新しい実験教材を探究し，教材についての理解を深化させ，機能性高分子化合物に関する新しく魅力的な実験教材の開発を行うことである。具体的な機能性高分子化合物の教材として，「吸水性ポリマー」「イオン交換樹脂」「刺激応答性ゲル」「生分解性高分子」等を予定している。
令和４年度においては，吸水性ポリマーの合成方法の確立と教材化を目指した研究，およびイオン交換樹脂の合成方法の確立を目指した研究を行った。
吸水性ポリマーの合成に関して，従来から吸水性ポリマーの材料として使用されているポリアクリル酸とはカルボキシ基の結合様式が異なるマレイン酸-メチルビニルエーテル交互共重合体を材料に用いて吸水性ポリマーを合成した。ポリアクリル酸から合成した吸水性ポリマーとマレイン酸-メチルビニルエーテル交互共重合体から合成した吸水性ポリマーは，カルボキシ基の結合様式の違いにより，異なる吸水性を示すことを明らかにした。教育現場において実践可能な吸水性ポリマーの合成方法および合成した吸水性ポリマーの吸水率の測定方法を解説するための動画を作成し，高校教員を対象とした東海地区化学教育セミナーにおいて公開した。また，これらの研究成果について学会発表および論文発表を行った。
イオン交換樹脂の合成に関して，スルホ基を持つ4-ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムを重合し架橋することで陽イオン交換樹脂の合成を，第４級アンモニウム基を持つ[2-（メタクリロイルオキシ）エチル]トリメチルアンモニウムクロリドを重合し架橋することで陰イオン交換樹脂の合成を試みた。このように合成した陽イオン交換樹脂により，電解質水溶液中の陽イオンの交換が確認できたが，合成した陰イオン交換樹脂は陰イオン交換能を示さなかった。イオン交換樹脂の合成方法に関して，今後も研究を継続していく。
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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
教育現場で実践可能な吸水性ポリマーの合成方法および吸水率の測定方法を解説するための動画を作成し，高校教員を対象とした東海地区化学教育セミナーで公開した。その動画を利用して，吸水性ポリマーの化学実験教材としての普及をさらに推進していく段階に来ている。
陽イオン交換樹脂を合成し，陽イオン交換能を示すことが確認された。したがって，化学教材としての利用方法を確立する段階に来ている。陰イオン交換樹脂の合成方法に関しては，今後も研究を継続していく。
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| 今後の研究の推進方策 |
吸水性ポリマーの化学教材としての利用方法の確立、イオン交換樹脂の合成と化学教材としての利用方法の確立を推進していく。刺激応答性ゲル，生分解性高分子に関しては，今後，研究に着手していく。
また、当初の研究対象にあげた機能性高分子化合物以外にも、化学教材として利用可能な対象を見つけ、その調査・研究も推進していくことを考えている。
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