2018 Fiscal Year Annual Research Report
超音波を活用したコポリマー応答温度・機械的強度の精密設計法の開発
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18H01771
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
久保 正樹 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50323069)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 大祐 東京電機大学, 工学部, 准教授 (30453541)
安田 啓司 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80293645)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超音波 / コポリマー / 感温性 / 共重合組成 / 分子量分布 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超音波を用いたコポリマー合成法において、感温性コポリマーを対象として、反応速度を精緻に制御することによって共重合組成とブロック性を制御し、感温性コポリマーの特性を制御するプロセスを構築することを目的とする。
今年度は、以下の３つの項目について検討を行い、知見を得た。
まず、超音波照射下における反応場の評価を試みた。超音波照射下では、化学的作用によって溶媒やモノマーが分解してラジカルが生成し、機械的作用によって生成コポリマーが分解してポリマーラジカルが生成する。そこで、ラジカル生成による重合速度ならびにポリマー分解速度の超音波強度依存性を評価した。その結果、コポリマー合成においても、超音波強度が高いほど重合速度は高いものの、強度が高い領域では、重合速度の増加は緩やかであった。一方、分解速度は超音波強度が高いほど高く、概ね強度に比例する傾向を示した。
次に、超音波強度を調節可能なコポリマー合成装置を設計した。本装置は、信号発生機、トランスデューサー、恒温槽、反応器で構成される。超音波照射中の反応溶液温度が一定になるよう、恒温槽は除熱を行う仕様とした。
さらに、合成したコポリマーの特性評価手法を検討した。合成したコポリマーの共重合組成、ブロック性はNMRなどの分析を用いて評価を試みた。また、応答温度は、ポリマー含有水溶液の透過率で評価する。その結果、超音波を用いて合成したコポリマーの応答温度は、共重合組成から予測される応答温度と異なることがわかった。そして、この原因は、生成したコポリマーの組成に偏りがあることに起因することが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
反応場の評価については、基礎的な知見である超音波強度依存性に関する知見の獲得に至った。さらに、合成したコポリマーの共重合組成、温度応答性を評価することができた。さらに、コポリマーの応答温度には、コポリマーのブロック性が関与していることを明らかにすることができた。これらに関しては、２年目に行う予定の一部を先取りして行うことができた。
一方で、２年目から本格的に使用する予定であったコポリマー合成装置の設計は、装置の仕様を満たす反応器、恒温槽の設計に時間を要すこととなり、信号発生機の一部であるパワーアンプの輸入・購入に予想よりも長い時間がかかることが分かり、パワーアンプの納入が遅れることになった。共同研究者の協力により、同型のパワーアンプを用いて装置の試運転を行うことはできたが、本格的な使用は２年目以降に行うこととなった。
全体的に考えると、反応場の評価と生成コポリマーの評価の２項目に関しては当初の計画以上に進行したものの、新規装置の作製の１項目が計画より遅れたことから、全体としてはやや遅れていると判断した。ただし、２年目以降に十分挽回できると見ており、おおむね順調に進展している、という判断に近いと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
反応場の評価と生成コポリマーの評価の２項目が当初の計画より進行している一方で、装置の試作運転が遅れていることから、２年目は装置の評価とそれを用いたコポリマー合成プロセスの構築を重点的に行う予定である。これについては、既に共同研究者の協力を得て進めている。
また、装置の最適化に必要な、コポリマー合成プロセスの数理モデルの構築を行う計画である。研究代表者は既にホモポリマー合成に関する数理モデルの構築に成功しており、交差反応などを新たに組み込むことによってコポリマーに関する数理モデルに拡張する予定である。
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