| 研究課題/領域番号 |
16H04153
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| 研究機関 | 新潟大学 |
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研究代表者 |
青木 俊樹 新潟大学, 自然科学系, 教授 (80212372)
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| 研究分担者 |
金子 隆司 新潟大学, 自然科学系, 教授 (90272856)
寺口 昌宏 新潟大学, 自然科学系, 助教 (30334650)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 高分子合成 / 合成化学 / 反応・分離工学 / 分子認識 / 高分子構造・物性 |
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| 研究実績の概要 |
代表者らの２つのオリジナル技術であるHSSP（JACS（2003））とSCAT（JACS（2013）発表）を用いて、これを２D化つまり分子内孔含有２D高分子の合成を行った。三つの方法([1],[2][3])を以下の3段階(A,B,C)の実験を種々の組み合わせと順序で行った。
[1]可溶性マルチストランドスターポリマーの合成[2]分子内孔含有２D高分子の合成 [3] SCAT体両親媒性３官能性モノマーよりの２D高分子合成
A ペンダント官能基間の２Ｄ(二次元)重縮合による規則的な分子内孔を多数持つネットワークポリマー膜の合成、B これに続くSCATによる積層型２Ｄ高分子膜の合成、C そして最も薄い高性能の理想的分子ふるい膜として,その分子層剥離による単層型２Ｄ高分子膜の創製。
[1] では、溶液中A→B→Cの順に行い、得られた種々の可溶で自立膜性を有する分子内孔含有２Ｄ単独高分子膜より気体分子混合物の透過測定を行った。その結果、優れた性能と分子内孔と主鎖の構造が性能に大きく影響を与えることを見出した。
[2]では、膜状態でA→B→Cの順に行い、得られた不溶な分子内孔含有２Ｄ高分子の自立膜の気体分子混合物の透過測定を行った。その結果、優れた性能とSCATによる分子間隙のダウンサイジングや後重合によるネットワーク化が選択性向上に有効なこと、後反応の転化率が高くなると膜強度が低下し、性能に大きく影響を与えることを見出した。
[3]では、Bのあと、基材膜と複合膜を調製し、膜表面でのAとCを試みた。不溶な成分のグラフト化可溶化に成功し、それらのブレンド膜を用いて、気体分子混合物の透過測定を行った。その結果、優れた性能と基材膜を選択することで、透過性と選択性の両方が向上し、アッパーバウンドを超える性能が得られたこと、膜表面での反応は低転化率でも性能に大きく影響を与えることを見出した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
A ペンダント官能基間の２Ｄ重縮合による規則的な分子内孔を多数持つネットワークポリマー膜の合成は２０種前後成功した。自立膜の透過に複数成功した。
B これに続く代表者らのオリジナルである定量的可視光環化芳香族化分解反応(SCAT)による積層型２Ｄ高分子膜の合成は２０種前後成功した。自立膜の透過に複数成功した。
C そして薄膜化を目指して最も薄い高性能の理想的分子ふるい膜として,その分子層剥離による単層型２Ｄ高分子膜の創製を行い、８種前後の同定を試みた。これらのブレンド膜の透過に複数成功した。
[1] HSSP体のペンダント間の分子内後重縮合による可溶性ラダーおよびマルチストランドスターポリマーの合成においては、ストランド数の増加に成功した。また透過測定においては、計１６種前後成功した。[2] HSSP体のペンダント間の分子間後重縮合による分子内孔含有２D高分子の透過測定においては、計１３種前後成功した。[3] SCAT体両親媒性３官能性モノマーよりの２D高分子合成においては、複数の基材膜を用いたブレンド膜で多くのデータを得た。[1-3共通] 分離膜性能評価においては、環状あるいは多分岐状のミクロ構造のサイズ効果、および、SCAT構造体の効果を考察した。
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| 今後の研究の推進方策 |
A さらにモノマー構造、高次構造、あるいは膜構造を最適化し、鋳型としての規則性と自立膜性の両者を向上させる。たとえば、モノマー構造としてはフレキシブルスペーサ-を排除し、全芳香族とする。ポリマーとしてはリビング重合を利用したブッロクコポリマーを用いる。膜としては、製膜性のある基材膜からの表面開始重合を用いる。
また界面重合による薄膜化をトライする。
B コモノマーの構造を最適化、つまりフレキシブルスペーサ-を排除し、全芳香族とする。
C より可溶化しやすい置換基構造を導入して行う。あるいは、不溶化後そのまま支持膜に移送して、透過測定に用いる。
[1] HSSP体のペンダント間の分子内後重縮合による可溶性ラダーおよびマルチストランドスターポリマーにおいては、さらにストランドを増やすとともに、構造の完全性を高め、性能、特に選択透過性の向上を図る。[2] HSSP体のペンダント間の分子間後重縮合による分子内孔含有２D高分子の透過測定においては、分子内孔の制御をモノマー構造、コモノマー構造の選択で進め、さらに性能、特に透過性の向上を図る。[3] SCAT体両親媒性３官能性モノマーよりの２D高分子合成においては、超分子的な単独自立膜創製を目指す。そのためモノマーとしてはスタッキングや水素結合がうまく作用する構造を用いる。あるいは、膜表面、膜内部の層間を利用して、薄膜を得る。[1-3共通] (1) ２D構造の評価と最適化 分子内孔含有２D高分子合成：２D含率,２D比を指標として,これらの向上を試行錯誤しながら段階的に進める。(2) 分子ふるい膜としての評価 分子ふるい膜実現：２D含率,２D比,分子孔サイズと選択透過係数との関係を吟味し,試行錯誤しながら段階的に進める。
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