| 研究課題/領域番号 |
16H04164
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| 研究機関 | 名古屋工業大学 |
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研究代表者 |
大谷 肇 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50176921)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 熱分解分析法 / パイロライザー / 水素供与 / フェノール樹脂 / テトラリン / マイクロ反応サンプラー / マトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析法 / 低揮発性分解生成物 |
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| 研究実績の概要 |
ポリマー材料の全化学構造解析を可能にする革新的パイロライザーを開発に不可欠な「固体残留物の生成を極限まで抑制する新規分解反応場」の構築のため、前年度に引き続き熱分解GC-MS及びマトリックス支援レーザー脱離イオン化質量分析法(MALDI-MS)を用いて、フェノール樹脂硬化物のテトラリン分解生成物を解析して、分解メカニズムを解明することを試みた。平成29年度は、メチレン配向性の異なる3種類のノボラックタイプのフェノール樹脂(ランダムノボラック ; RN, ハイオルソノボラック ; HON, ハイパラノボラック ; HPN)用いてより系統的な解析を行った。その結果、220℃で十分に硬化した樹脂のテトラリン分解物に関して、RNとHPNの硬化物よりもHON硬化樹脂ではキサンテン成分が多い等のメチレン配向性による分解生成物の違いを確認できた。ただ、この差はわずかであり、最終的な硬化物はプレポリマーの配向性に関わらず類似した構造を形成していることが推測された。以上の結果より、テトラリン分解は、フェノール樹脂硬化物の化学構造解析に有効であることが示唆された。
さらに、従来の熱分解GCでは解析対象としてみなされなかった、低揮発性分解生成物の定量的かつ精密な解析を可能にする高性能パイロライザーの開発に関しては、研究代表者らが平成26年度までの科学研究費補助金などを中心に開発してきたベースユニットをもとに、これまで実施できていなかった高速液体クロマトグラフ-質量分析計へのオンライン接続への第一歩として、同じ大気圧化学イオン化（APCI)源と四重極飛行時間型質量分析装置(Q-TOF)を用いるGC-MSシステムへの接続を試み、基礎検討を行った。
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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
本研究の目的は、従来の熱分解ガスクロマトグラフィーにおける最重要課題であった、ポリマー材料の精密組成・構造解析における情報の損失・変性や定量性の欠如などを、「固体残留物の生成を極限まで抑制する新規分解反応場」、および「低揮発性分解生成物の分析系への定量的導入法」の確立により打開し、ポリマー材料の全化学構造解析を可能にする革新的な高性能パイロライザーを開発することにある。この中で、「固体残留物の生成を極限まで抑制する新規分解反応場」の構築に関しては、28年度までの成果を29年度はさらに積み上げ、テトラリン分解法を解析のための新しい分解反応場として利用できる可能性をより高めることができた。一方、「低揮発性分解生成物の分析系への定量的導入法」の開発に関しても、ベースユニットとHPLC-MSシステムのオンライン接続に向けた第一段階の検討に着手できている。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. 水素供与性試薬を利用した特異的分解反応場の構築
28-29年度に検討を進めてきたテトラリンを水素供与性の反応試薬として用いるフェノール樹脂硬化物をはじめとする各種樹脂試料の分解反応解析を、30年度も継続し、目的とする特異的分解反応場の構築をはかる。あわせて、テトラリン以外にも、超臨界アセトンや酸性クレゾールなどの使用も試みる。さらに、触媒の添加や反応容器材質の見直しなどにより、構造解析により適した効率と選択性に優れた分解反応条件の確立を目指す。
２．酸化物半導体の熱活性を利用した高効率分解反応場の構築
先端ポリマー材料としても頻用される光・熱硬化性樹脂材料は、その強固な架橋ネットワーク構造により特に熱分解しにくく多量の固体残留物を一般に生成する。こうした樹脂を、光触媒としても知られる酸化チタンなどの酸化物半導体とともに高温下に置くと、半導体の熱活性によりラジカルが生成し、その伝播によって効率的にフラグメント化する現象が知られている。ここでは、平成28-29年度の挑戦的萌芽研究により得られた基礎検討結果などを発展的に利用して、酸化物半導体により有機されるこの特異的な現象を活用して、残渣を生じない反応場の確立を目指す。酸化チタンでは十分な効果が発現しない場合には、より高活性の酸化クロムなどを利用する。分解機構の詳細な解析のため、二段式熱分解装置の利用を予定している。
3. 低揮発性分解生成物の定量分析を可能にするパイロライザーの開発。
従来の熱分解GCでは解析対象としてみなされなかった、低揮発性分解生成物の定量的かつ精密な解析を可能にする高性能パイロライザーの開発を目指す。ここでは29年度に着手した基礎検討結果をもとに、べースユニットとHPLC-APCI-Q-TOFMSとのオンライン直結システムの開発を行う。
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