| 研究課題/領域番号 |
17K05956
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
瀬古 典明 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (10354953)
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| 研究分担者 |
植木 悠二 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (50446415)
保科 宏行 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (60446416)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | エマルション / ミセル / RAFT / 粒度分布 / グラフト重合 / 電子線 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、高分子吸着材の合成手法として、可逆的付加開裂連鎖移動（RAFT）重合と放射線エマルショングラフト重合とを融合させるというユニークな手法により、グラフトする高分子鎖長及び高分子鎖間隔を制御し、水中に溶存する吸着対象となる金属を捕集する高分子鎖（グラフト鎖）の長さと間隔の揃ったネットワーク構造を有する高選択性吸着材を開発することを目的とする。
まず始めに、可逆的付加開裂連鎖移動（RAFT）重合と放射線エマルショングラフト重合とを融合させるために重要な因子である、安定化ミセルを形成可能な条件を決定することに重点をおいて進めた。エマルショングラフト重合に必須な水溶媒において、RAFT剤とモノマーとを均一に分散可能な相溶性の高い界面活性剤を決定するため、長時間安定して同じ形状のミセルが形成可能な条件を調べた。グラフト重合のモノマーには、汎用性のあるグリシジルメタクリレート（GMA）を選択し、界面活性剤には、ドデシル硫酸ナトリウム（SDS）、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート（Tween20）を用いた。また、RAFT剤としては、モノマーと界面活性剤との相溶性について、その温度を制御した状態でミセル粒径、粒度分布、及び形状を調べ、そのミセルの形状持続性を評価した。相溶性は、GMA濃度を固定し、界面活性剤の濃度を変化させて行い、グラフト重合の反応に必要な最大5時間程度安定する相溶条件を界面活性剤の適合性有無の判断基準とした。その結果、グラフト反応時の接触効率の向上に効果のあると予想されたGMAのミセル径の最小化にはTween20を用いた系で最も小さくなり、グラフト率も従来の有機溶媒系に比較して格段に向上し、グラフト吸着材に必要な反応率を従来の5分の1の40kGy以下の線量で作製できることがわかった。
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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
平成29年度は、グラフト材料を合成する際に必須な電子加速器が故障し、修理期間中照射実験ができないこともあったが、その間ミセル径の測定に注力したことでその安定性の信頼性向上に繋がり学会発表をすることができた。
そのため、本年度の進捗としては「おおむね順調に進展している」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２９年度に得られた安定化ミセルの作製条件により得られるモノマーを用いてグラフト重合条件を調べ、最適化する。特に照射雰囲気を空気中（酸素雰囲気下）で実施し、非晶相に生成するラジカル全てを酸素と結合させて失活させ、RAFTポリマーとの結合は結晶相に生成したラジカルに特定できるようにする。
グラフト鎖の評価では、サイズが極端に異なるミセルを用いてRAFT重合をした後、想定した長さのグラフト鎖を有する重合物を作製し、グラフト速度及び吸着材の評価に必須な吸着速度、吸着容量の評価で差異を把握する。RAFT重合を用いてミセル内のモノマーを完全に重合させた後、残ラジカルによりエマルショングラフト重合を進行させることができれば、一定の長さのグラフト鎖を高分子基材に導入した吸着材を作製できる可能性がある。
また、グラフト鎖の物性評価を反応条件に反映させるため、一連の合成を経てまず吸着材を合成し、金属に対する選択性評価に加え、吸着速度、吸着容量を評価して吸着材合成条件を最適化する。グラフト重合による吸着材等の作製では、植木の協力のもとに進める。ミセルサイズの測定、ラジカル生成量の測定は保科と協力して進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用が生じた理由としては、検討に必須な電子加速器が故障し、修理に時間を要したことにより、その間の研究内容をそのまま平成30年度に移行して実施することとしたため。未実施の照射実験については、H30年度第一四半期に実施する予定としている。
年度全体の研究としては、グラフト鎖の物性評価を反応条件に反映させるため、一連の合成を経てまず吸着材を合成し、金属に対する選択性評価に加え、吸着速度、吸着容量を評価して吸着材合成条件の最適化に努める。
加えて、グラフト鎖の評価では、ミセルサイズが極端に異なる条件で各種モノマーのミセルを作製し、このミセルを用いたRAFT重合をすることで、想定した長さのグラフト鎖を有する重合物の作製可否を判断するとともに、グラフト速度及び吸着材の評価に必須な吸着速度、吸着容量を評価する。
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