| 研究課題/領域番号 |
08455354
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
化学工学一般
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
谷垣 昌敬 京都大学, 工学研究科, 教授 (30027148)
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| 研究分担者 |
車田 研一 京都大学, 工学研究科, 助手 (80273473)
大嶋 正裕 京都大学, 工学研究科, 助教授 (60185254)
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| 研究期間 (年度) |
1996 – 1997
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| キーワード | PTFE微粒子 / 延伸操作 / 多孔構造 / 細糸状構造 / 空隙率 / 周期 / 汎用ポリオレフィン / 延伸温度 |
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| 研究概要 |
(1)動力学的方法によるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)微粒子からの高分子多孔構造の創製とその構造発生メカニズムに関する研究
PTFE微粒子を高圧で押出し・結着しその一体成形物を圧延してえられるシートを圧延方向に一軸延伸することによって多孔質膜が得られることを見出した。この多孔構造はPTFE微粒子が高密度に存在するドメイン(以下ではこれをノードと呼ぶ)と延伸方向に完全に配向した細糸状構造(以下フィブリル)からなるドメインの周期的な繰り返しからなり、この空間的な周期は操作条件やPTFEの分子量に対して系統的に変化した。乳化重合で調製されるPTFEの結晶ドメインの特徴的なリボン状形態がフィブリル形成の最も重要な因子であることが示唆された。更に延伸時に膜にかかる張力の操作条件依存性からPTFE延伸膜の多孔構造形成における特徴を考察した。PTFE膜の延伸においては摩擦力起源の散逸的過程は極めて小さい。このことは延伸されてフィブリルが形成されている状態と延伸前の状態の間に熱力学関数に大きな影響を与えるような分子レベルでの構造的な差が余りないことを示しており、PTFE系では極めて多孔構造が形成されやすいことが明らかにされた。
(2)動力学的操作による汎用高分子からの多孔質膜創製の試み
フッ素を含むPTFEは後処理が困難なうえに製造コストが高いので長期的にはポリエチレンなどの汎用のポリオレフィン樹脂で置き換えることが望ましい。そこでポリエチレン微粒子に前述のPTFE延伸多孔質膜製造プロセスと同様の行程をほどこし、フィブリル構造が基本となる多孔構造の形成の可能性を検討した。ポリエチレン樹脂中では結晶ドメインは板状の形態をとる傾向が強く、延伸工程によって細糸状構造が微粒子中から引き伸ばされることは困難であった。ポリエチレン樹脂には大きな変形をもたらすことが出来るのは融点近傍の操作である。この時微粒子間の結着はフィブリル構造を取ることが分かったが、これらを市販の多孔質膜に適当なほどの空隙率を有するほど引き伸ばすためには極めて慎重な延伸温度制御が必要とされることが示唆された。
(3)二軸延伸法によるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)微粒子からの高分子多孔構造の創製
一軸延伸とは直角の方向に一軸延伸膜を再度延伸することによって更に空隙率の高いPTFE多孔質膜を得ることが出来る。しかし二軸延伸による多孔構造の変化は一軸目でのそれとは完全に異なる。二軸延伸では新たなフィブリルは殆ど形成されず、一軸目で生じたフィブリルの傾きが生じる。二軸目の延伸率が増加するに従ってノードは断裂し、二軸目方向での膜のパターン構造はより短周期になる。これらの構造発現洋式の差違は、圧延方向に平行な方向ではPTFE微粒子間の結合が非常に発達するのに対して、これと直角な方向ではそれがほとんど形成されないことに起因する。
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