| 研究課題/領域番号 |
23K23410
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| 補助金の研究課題番号 |
22H02142 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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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 | 香川大学 (2024)
名古屋大学 (2022-2023) |
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研究代表者 |
原 光生 香川大学, 創造工学部, 准教授 (10631971)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2023年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
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| キーワード | イオン性高分子 / ポリシロキサン / 力学物性 / 湿度応答 / 自己集合 / 水和 / アイオノマー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
従来、ポリシロキサンは柔軟な素材としての利用が多かったが、申請者は、石油由来ポリマーに匹敵する堅硬なポリシロキサンを見いだした。しかし、堅硬性の発現機構は分かっていなかった。本研究では、ポリシロキサンのイオン種を様々に検討することで、ポリシロキサンの堅硬性発現メカニズムを解明する。過去2年間の当研究課題の実施期間において、ハロゲンで中和することで自己集合構造が形成され、堅硬性が増すことが分かった。令和6年度は、新たな測定法を用いて多角的に分析することで、イオン性ポリシロキサンの堅硬性発現メカニズムをより深く理解していく。
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| 研究実績の概要 |
本研究課題の目的は、イオン種やイオン量、主鎖の分岐数、モノマー配列などを様々に設計したイオン性の直鎖状ポリシロキサンを合成し、堅硬性や自己集合性の発現機構を解明することである。
令和4年度は、イオン基ユニットと非イオン基（ジメチルシロキサン）ユニットからなるランダム共重合体を二種類の二官能性シランカップリング剤から合成し、湿度制御下の各種in-situ測定（X線回折法や水晶振動子マイクロバランス（QCM）法、赤外分光法）にて系統的に自己集合挙動を評価した。その結果、非イオン基ユニットの割合が増えるほど自己集合の秩序が高くなった。これまでイオン性ポリシロキサンの自己集合を支配するのは分子内や分子間でのイオン凝集であると想定していたため、この結果は予想に反する結果であった。また、既存の変性シリコーンオイルの構造式に近づくほど自己集合しやすくなるという事実は、これまで見逃されていた性状が複数存在する可能性を示唆しており、興味深い。さらにイオン性ポリシロキサンのホモポリマーに関して、イオン基部分のハロゲンが異なるポリマーを3種類合成し自己集合を調べたところ、その秩序や周期サイズが周期表の序列に依存しないこともわかった。
令和4年度の研究において自己集合に最適なイオン基密度が存在することが示されたため、今後はイオン基サイズまで視野に入れて研究を展開していく。研究開始時点で予想していなかった成果を複数見いだすことができ、当初の計画以上の進展があった。これらの成果は論文や学会で積極的に報告した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
研究開始当初、イオン性ポリシロキサンの自己集合には中和度が重要であることが分かっていた。そのため、中和度が高いほどイオン凝集が積極的に起こり自己集合が誘起されるというメカニズムを想定していた。しかしながら、イオン基ユニットを非イオン基であるジメチルシロキサンユニットで希釈していくほど自己集合の秩序が高くなった。さらに、ハロゲン種の異なるイオン性ポリシロキサンの自己集合を調べた結果、周期表の序列に依存しない自己集合挙動であり、これも当初予想していなかった結果である。
このように研究開始時点で予想していなかった成果を複数見いだすことができ、かつ今後の研究計画に新たな指針を示すことができたため、当初の計画以上の進展といえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はハロゲン以外のイオン種も含めてスクリーニングを実施する。酢酸などの、塩酸よりも酸性度の低い酸も用いる。また、これまではカチオン性のポリシロキサンを中心に評価していたが、アニオン性のポリシロキサンにも展開していく。測定法に関しても令和4年度は斜入射X線散乱（GI-SAXS）測定を主に用いていたが、令和5年度はGI-SAXS測定に加えて、テラヘルツ分光や重水素加湿赤外分光法などの新たな測定法を取り入れ、多角的に分析する。これらの実施計画に基づき、イオン性ポリシロキサンの自己集合について考察を深める。
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