スマートメンブレンのキャラクタリゼーション

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13133201
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 安藤 勲 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20016637)
• 研究分担者: 猪股 克弘 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (80232578) ; 渡辺 順次 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (90111666) ; 柿本 雅明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (90152595)
• キーワード: ポリマーキャビティー / スマートメンブレン / ミクロ・マクロスケール / 拡散 / 磁場勾配NMR / 構造 / ダイナミックス / 分子設計

研究概要

高分子メンブレンの物性・機能はメンブレン中のキャビティーの化学的および物理的性質に加えて、形状、サイズ、大きさに密接に関係している。高機能なメンブレンを設計し、開発するためにはキャビティーの高精度なキャラクタリゼーションが重要となる。このような背景を踏まえて、本班ではキャビティーの高精度なキャラクタリゼーションの方法論を確立することと、それを応用して1)新規なネットワークポリマーのキャビティーの高精度なキャラクタリゼーションし物性・機能の解析評価の大きな展開を行うことと、2)液晶状態において,側鎖長鎖アルキル部と主鎖芳香族環部の一種のミクロセグリゲーションにより、様々なナノメーター・オーダーの独特な構造を形成する長鎖アルキル側鎖、また主鎖芳香族環部を有するポリエステルおよびポリイミドの物性・機能の解析評価を行うことを研究目的としている。
磁場勾配パルスを用いたNMR法により自己拡散係数Dが他の方法に比べて簡便にしかも正確に測定できることから、多くの研究者によりその方法が用いられている。通常、市販されている磁場勾配NMRプローブは100G/cmの磁場勾配パルスが用いられ、10^<-5>cm^2/s程度の拡散係数の測定が可能である。しかし、この程度の磁場勾配の大きさで測定できる拡散係数の範囲は極めて限られている。私どもはゲル中の溶媒およびプローブ高分子の拡散過程を観測するために、700-2000G/cmの磁場勾配を発生できる磁場勾配NMRプローブの試作に成功し、10^<-10>cm^2/sまでの拡散係数の精度高い測定を可能にし、世界に先だって高分子ゲル中のプローブ高分子の拡散過程の研究を成功させた。
このような超高磁場勾配システムを利用して、高分子内のナノスケールのサイズの分子キャビティーの中にサイズの小さなプローブ分子を導入しその制限拡散を解析するシステムを開発してキャビティーの高精度なキャラクタリゼーションし物性・機能の解析評価の大きな展開するとともに、班員柿本・渡辺教授の創製した側鎖にアルキル鎖を有するポリエステル・ポリイミドの分子キャビティーのサイズを高い精度で評価する。またNMRイメージングに組み込むことにより高分解能三次元拡散画像化解析を可能とし、ダイナミックス解析法の可能性を大きく発展させている。これはスマートメンブレンの科学に大きな方法論を提供することになる。さらに、これらの方法論を利用して創製した新規ポリエステル・ポリイミドの混合ガスおよび液体混合物に対する分子キャビティーの分離能の解析・評価を行っている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Yamane, M.Kobayashi, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional Behavior of Solvents and Amino Acids in Network Polystyrene Gels as Studied by 1H Pulsed-Field-Gradient Spin-Echo NMR Method"Macromolecules. 34. 5961-5967 (2001)
• [文献書誌] Y.Hotta, I.Ando: "A study of shrinkage process of a polymer gel under electric field by 1H NMR imaging method using an NMR cell with thin platinum electrodes"J. Mol. Structure. 602/603. 165-170 (2002)
• [文献書誌] Y.Yamane, M.Kobayashi, H.Kimura, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional behavior of amino acids in solid-phase reaction field as studied by 1H pulse-field-gradient spin-echo NMR method"Polymer. 43. 1767-1772 (2002)
• [文献書誌] M.Kobayashi, S.Kuroki, I.Ando, K.Yamauchi, H.Kimura, K.Okita, M.Tsumura, K.Sogabe: "A structural study of silicon-based interpenetrating polymer networks by solid state 1H and 13C NMR spectroscopy"J. Mol. Structure. 602/603. 321-333 (2002)
• [文献書誌] A.Mercier, S.Kuroki, I.Ando, H.Deleuze, O.Mondain-Monval: "Structural and dynamic study of chemically-modified polyHIPE by solid state 13C NMR spectroscopy"J. Polymer Sci., Polym. Phys.. 39. 956-963 (2001)
• [文献書誌] Y.Yin, C.Zhao, S.Kuroki, I.Ando: "Diffusional behavior of rod-like poly(n-alkyl L-glutamates) with different main-chain lengths in the thermotropic liquid crystalline state as studied by pulse field-gradient spin-echo 1H NMR method"Macromolecules. 35(in press). (2002)
• [文献書誌] I.Ando, S.Kuroki, C.Zhao, M.Kobayashi, M.Matsukawa: "Polymer Gels and Networks : Chapter 10"Marcel Dekkar, Inc., New York, USA. 73 (2002)