高分子系中の分子拡散に水素結合が与える影響の評価・予測モデルの構築

• 研究課題/領域番号: 26820336
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 化工物性・移動操作・単位操作
• 研究機関: 東京農工大学 (2015-2016); 東京工業大学 (2014)
• 研究代表者: 大橋 秀伯 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (00541179)
• 研究協力者: 池 雪琴 ; 奥田 龍太朗
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 高分子水溶液系 / 分子拡散性 / リニアポリマー / グラフトポリマー / 水分子透過 / 湿度依存性 / 溶解性 / 赤外分光法 / プラズマグラフト重合

研究成果の概要

高分子中の分子拡散性は、デバイスの性能に大きな影響を与えうる重要な動的物性である。特に水素結合のような分子間相互作用はこの物性を大きく変化させうる。本研究においては、エネルギー媒体でもある水分子に焦点を当て、まず高分子水溶液中の水分子の拡散性を測定する手段の開発を行った。具体的には、非架橋の高分子を多孔質膜基材の中に化学的に固定化した膜を開発し、精密露点計と精密加湿装置を用いて、膜中の水分子拡散性を測定した。特に湿度がこの拡散性を約4桁にわたって大きく変化させる因子であることを発見し、その原因として高分子水溶液中の水の状態、それに付随する水素結合の状態が大きく変化していることを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Non-Equilibrium Thermodynamic Model of A Highly Permeable Forward Osmosis Membrane (2017)
  • 著者名/発表者名: Seiichi Amamiya, Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Journal of Chemical Engineering of Japan 巻: 印刷中
  • NAID: 130005988419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum chemical approach for highly durable anion exchange groups in solid-state alkaline fuel cells (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuyama, H. Ohashi, S. Miyanishi, H. Ushiyama and T. Yamaguchi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 号: 43 ページ: 36269-36272
  • DOI: 10.1039/c5ra27939a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between Activity and Molecular Structure around the Active Center of Cytochrome P450cam Conjugates (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuhei Oshiba, Takanori Tamaki, Hidenori Ohashi, Hidehiko Hirakawa, Satoshi Yamaguchi, Teruyuki Nagamune, Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: JOURNAL OF CHEMICAL ENGINEERING OF JAPAN 巻: 49 号: 5 ページ: 475-480
  • DOI: 10.1252/jcej.15we136
  • NAID: 130005152201
  • ISSN: 0021-9592, 1881-1299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Response Sensitivity of a Gating Membrane Relevant to Grafted Polymer Characteristics (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Ohashi, Xueqin Chi, Hidenori Kuroki, Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Industrial & Engineering Chemistry Research 巻: 55 号: 6 ページ: 1575-1581
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.5b04332
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plasma-Induced Graft Polymerization Inside Pores of Porous Substrates Assisted by an Infiltration Agent in Acidic Conditions (2014)
  • 著者名/発表者名: Xueqin Chi, Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Plasma Processes and Polymers 巻: in press 号: 4 ページ: 306-314
  • DOI: 10.1002/ppap.201300109
  • 査読あり
• [雑誌論文] The proton conduction mechanism in a material consisting of packed acids (2014)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, T., Aonuma, Tamaki, T., T., Ohashi, H., Ushiyama, H., Yamashita, K., Yamaguchi, T.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 5 号: 12 ページ: 4878-4887
  • DOI: 10.1039/c4sc00952e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] リニアポリマー固定化技術を用いた機能膜開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯
  • 学会等名: 先端膜工学研究推進機構 春季講演会
  • 発表場所: 神戸大学六甲台第2キャンパス
  • 年月日: 2016-03-17
  • 招待講演
• [学会発表] 非平衡熱力学モデルによる正浸透海水淡水化プロセスの解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 天宮 清一、大橋 秀伯、山口 猛央
  • 学会等名: 化学工学会 第81回年会
  • 発表場所: 関西大学千里山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-13
• [学会発表] Microscopic Free Volume Model for Diffusivity Prediction in Polymeric Systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Ohashi, Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: World Engineering Conference and Convention 2015
  • 発表場所: 国立京都国際会館
  • 年月日: 2015-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマグラフト重合法における重合開始メカニズムの検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯、池 雪琴、山口 猛央
  • 学会等名: 膜シンポジウム2015
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館
  • 年月日: 2015-11-25
• [学会発表] 非平衡熱力学モデルによる正浸透膜の要求性能検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天宮 清一、大橋 秀伯、山口 猛央
  • 学会等名: 膜シンポジウム2015
  • 発表場所: 神戸大学百年記念館
  • 年月日: 2015-11-25
• [学会発表] 非平衡熱力学に基づく正浸透透過モデルと要求膜性能の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天宮 清一、大橋 秀伯、山口 猛央
  • 学会等名: 化学工学会 第47回秋季大会
  • 発表場所: 北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Fabrication of Water Vapor Permeation Membrane via Plasma-Induced Graft Polymerization (2015)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Ohashi, Ryutaro Okuda, Hidenori Kuroki, Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: The 32nd International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST-32)
  • 発表場所: 千葉大学西千葉キャンパス
  • 年月日: 2015-06-24
  • 国際学会
• [学会発表] 機能膜の構造制御に向けた精密グラフト法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥山 浩人、大橋 秀伯、山口 猛央
  • 学会等名: 分離技術会年会2015
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス
  • 年月日: 2015-05-29
• [学会発表] 非平衡熱力学に基づいた正浸透の透過モデル (2015)
  • 著者名/発表者名: 天宮 清一、大橋 秀伯、山口 猛央
  • 学会等名: 分離技術会年会2015
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス
  • 年月日: 2015-05-29
• [学会発表] 機能膜創製に向けた精密グラフト法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥山 浩人、大橋 秀伯、山口 猛央
  • 学会等名: 日本膜学会 第37年会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-05-14
• [学会発表] 非平衡熱力学に基づいた正浸透の透過モデル構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天宮 清一、大橋 秀伯、山口 猛央
  • 学会等名: 日本膜学会 第37年会
  • 発表場所: 早稲田大学西早稲田キャンパス
  • 年月日: 2015-05-14
• [学会発表] 水蒸気選択透過細孔フィリング膜の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥田 龍太朗・大橋 秀伯・黒木 秀記・山口 猛央
  • 学会等名: 化学工学会 第80年会
  • 発表場所: 芝浦工業大学
  • 年月日: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [学会発表] 多孔質膜基材へのプラズマグラフト重合法におけるグラフト鎖の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・池 雪琴・黒木 秀記・山口 猛央
  • 学会等名: 膜シンポジウム2014
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-27
• [学会発表] 分子内認識を起点とする自律膨潤収縮ポリマー開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・武井 俊樹・黒木 秀記・宮西 将史 ・山口 猛央
  • 学会等名: 第63回 高分子討論会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] 細孔フィリング膜を用いた新規水蒸気選択透過膜の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥田 龍太朗・大橋 秀伯・黒木 秀記・山口 猛央
  • 学会等名: 化学工学会 第46回秋季大会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [学会発表] Logistic gating property of ion recognition polyampholyte grafted membrane (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Ohashi, Sae Ebina, Takeo Yamaguchi
  • 学会等名: The 10th International Congress on Membranes and Membrane Processes
  • 発表場所: Suzhou, China
  • 年月日: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [学会発表] イオン認識ポリアンフォライトグラフト膜のゲート制御特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・蝦名紗衣・山口 猛央
  • 学会等名: 日本膜学会 第36年会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2014-05-12 – 2015-05-13
• [学会発表] 高分子中の分子拡散性を予測するミクロモデルの構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯
  • 学会等名: 日本膜学会 第36年会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2014-05-12 – 2014-05-13
• [図書] 膜 39巻 4号252～257頁「高分子膜中の分子拡散性を予測するミクロモデルの構築」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯
  • 総ページ数: 420
  • 出版者: 日本膜学会
• [図書] 膜 39巻 6号350～356頁「高分子分離膜の設計手法と高分子中の分子拡散モデリング」 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大橋 秀伯・山口 猛央
  • 総ページ数: 420
  • 出版者: 日本膜学会
• [備考] Welcome to Takeo Yamaguchi Labortory!! Publication
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~zairyosys/yamaguchilab/j/pub/publication.html
• [備考] 山口研究室 ～燃料電池からバイオマテリアルまで～
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~zairyosys/yamaguchilab/j/research.html
• [産業財産権] プロトン伝導性材料及びその製造方法、並びに燃料電池の電解質膜 (2014)
  • 発明者名: 小川 敬也・GMアニルクマル・田巻 孝敬・大橋 秀伯・山口 猛央
  • 権利者名: 小川 敬也・GMアニルクマル・田巻 孝敬・大橋 秀伯・山口 猛央
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2014-09-22