2016 年度実績報告書

高性能芳香族高分子中空微粒子のビルトアップ型調製法の開発と用途開拓

研究課題

研究課題/領域番号	16H04205
研究機関	岡山大学
研究代表者	木村邦生岡山大学, 環境生命科学研究科, 教授 (40274013)
研究分担者	山崎慎一岡山大学, 環境管理センター, 准教授 (40397873) 内田哲也岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90284083)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード	芳香族ポリアミド / 中空微粒子 / 重合相変化 / 高性能高分子 / 耐熱性
研究実績の概要	過酷環境下での高分子中空微粒子の利用のために、中空微粒子の高性能化が希求されている。剛直な芳香族高分子は、高性能に加えて高機能が期待されるが成形加工性が極端に乏しく、中空微粒子の調製が困難である。そこで本研究では、申請者が開発した重合相変化を利用した高次構造形成法を利用して、新しい芳香族高分子の中空微粒子調製法を開発する。更には、調製した芳香族高分子中空微粒子の性能や機能を評価し、高性能・高機能高分子中空微粒子としての新しい用途を開拓する。平成28年度は、中空微粒子の粒径制御技術の開発を行った。直接脱水重縮合における重合相変化により、ポリ(1,4-フェニレン-5-ヒドロキシイソフタルアミド) (PPHIA)の中空微粒子が調製できた。縮合反応で脱離する水分子がガスバブルとなり、架橋構造から成るスキン層が形成されることによって内部に空孔が生じることが分かった。芳香族系溶媒中320℃の重合で調製した中空微粒子は、平均粒径が4.3μm、空孔率が約10%であった。この中空微粒子は、窒素雰囲気下での10%重量減少温度が500℃を超えており、高耐熱性中空微粒子としての利用が期待できる。このPPHIA中空微粒子は二液相分離による液滴形成を経て生成するが、その生成過程は核生成と成長機構である。よって、核生成過程と成長過程を制御することで粒径の制御が可能と考えられる。液滴の固化が速いために成長過程での粒径制御は困難であったので、核生成過程での制御を検討した。核生成時のオリゴマー過飽和度を増加させるために、重合溶媒を貧溶媒化し、重合途中での温度降下を行った。その結果、溶媒が貧溶媒になるほど粒径は減少し、温度降下と組み合わせることで平均粒径0.7μmのPPHIA中空微粒子が得られた。以上より、平均粒子径を0.7μmから4.3μmまで制御できる技術を開発した。
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平成28年度は、①アラミド中空微粒子の調製条件確立と生成機構の解明、②アラミド中空微粒子の構造パラメーター制御方法の確立、および③アラミド中空微粒子の固体構造と基本物性評価の3点を目標に研究を計画した。①については、中空微粒子に適した温度や濃度等の重合範囲を確定することができた。また、中空微粒子の生成機構と空孔形成に必要な構造因子なども明らかにすることができた。その結果を踏まえて、②に関して重合溶媒の貧溶媒化と温度降下法を組み合わせることで核生成を制御することができ、目標である1-5μmの範囲での粒径制御技術を開発できた。更には、③に関して得られた微粒子の耐熱性や耐薬品性などの基本物性を評価し、X線回折法を中心に、微粒子が結晶性であることを明らかにすることができた。ただし、目標の一つである空孔率制御技術の開発に関しては、現在検討中である。よって、当初計画に対して、「（２）おおむね順調に進展している。」と判断した。
今後の研究の推進方策	平成29年度では、平成28年度に明らかにした芳香族ポリアミド中空微粒子の生成条件、ガスバブルを伴う重合相変化（2液相分離）による生成機構、ならびに粒子径制御技術で獲得した知見をもとに、PPHIA以外の分子鎖構造の芳香族ポリアミドやポリアミド以外のポリイミドやポリイミダゾール等の他種芳香族高分子の中空微粒子調製を行い、性能は優れているが加工性に乏しいために材料化できなかった高性能高分子の中空微粒子化技術を確立する。平成30年度においては、中空微粒子の形態的特徴，性能，ならびに機能を詳細に評価し、その結果に基づいた特徴を生かした新規用途の開拓を行う計画である。特に、以下の項目を中心に検討する。 (1) 高性能複合材用軽量化材、ならびに低誘電率改質材としての評価、(2) 耐放射線性の評価、(3) 空孔への有価分子内包化技術の開発、(4) 低分子内包化合物の安定性と放出特性評価、(5) 空孔を反応場とした特異的反応(重合)の開拓、ならびに(6) 微粒子の基本物性に基づいた用途探索。また、工業的生産への課題を整理し、インフラも含めた生産技術も開発する計画である。