| 研究課題/領域番号 |
15K06534
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
佐藤 善之 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50243598)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 溶解度パラメータ / 相分離 / CO2溶解度 |
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| 研究実績の概要 |
高圧CO2を希釈溶剤の代替として用いるCO2塗装技術はVOC削減、乾燥エネルギーの低減が可能である。しかしながら、塗料によってはCO2を混合すると貧溶媒作用によりポリマー析出のトラブルを生じ、用途拡大の課題となっている。本研究では、超臨界CO2塗装法における溶剤選定指標作成のために、ポリマー+溶剤+CO2系の相挙動観察および相平衡測定を行い、その結果と各成分の溶解度パラメータ（SP値）との関係性を調査した。
本年度はポリマーとして化学構造が明確なpoly(methyl methacrylate) (PMMA)とpoly(bisphenol-A-co-epichlorohydrin) (PBE)を使用し、34種類の溶剤を用いることにより、まず純ポリマーのSP値を決定した。さらにポリマー＋溶剤＋CO2系の相挙動を観察し、析出圧力を決定した。更に、ポリマー溶液中のCO2溶解度を明らかにするために、一部の溶剤＋ポリマー系についてCO2溶解度を測定した。
以上の検討よりHansenの提案するSP値（Hansen球）を用いることにより、溶剤＋CO2混合系のSP値とポリマーのSP値からポリマーの析出条件が判定可能であることがわかった。ここで重要なのは溶剤＋CO2混合系のSP値の算出であり、CO2に関しては25℃の飽和液密度とCO2溶解度を用いたCO2の体積分率を使用した。CO2溶解度の測定が労力・コスト的に問題であったが、CO2溶解度はポリマー無しのCO2＋溶剤2成分系の気液平衡データとほぼ変わらないことを実験的に示すことができた。この結果、良好にポリマーの析出圧力を推算することが可能であることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
従来1次元の溶解度パラメータを使用していたが、Hansenによる3次元の溶解度パラメータを使用することにより、より定量性の高い析出条件の算出が可能となった。また、CO2溶解によるSP値変化を予測するために、ポリマー溶液に対するCO2溶解度が必要であったが、ポリマー無しのCO2＋溶剤2成分系の気液平衡データが代用できる可能性を示すことができた。このため、析出条件の推算にはCO2溶解度の文献値が使用可能であり、より簡便に推算可能であることが明らかになった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は2種のポリマーを使用して試験したが、ポリマー種を拡張する。さらに現在、溶剤＋CO2混合系のSP値推算に純CO2の飽和液密度より算出した体積分率を使用しているが、より定量性の高いと考えられる部分モル体積の使用を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初、相挙動観察セル用のサファイア窓の予備の購入を検討していたが、別装置で使用していたものが利用可能となり、予備が確保できたため購入を取りやめた。一方、溶剤中のCO2溶解度を測定するのに使用しているシンセティックセルの耐溶剤性の観点からシール材をテフロンに変更したいと考えていたが、シール構造等工夫が必要なため設計に時間を要し、次年度の執行とした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
前述のように、シンセティックセルの耐溶剤性改善のために、セルの一部を新規製作する際の費用に充てることを計画している。
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