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2014 Fiscal Year Research-status Report

無機ナノチューブによる刺激応答性材料の設計を目指した分子技術の創出

Research Project

Project/Area Number 26870179
Research InstitutionTokyo University of Agriculture and Technology

Principal Investigator

敷中 一洋  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00507189)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsナノチューブ / ゲル / 刺激応答性複合材料
Outline of Annual Research Achievements

本年度は無機ナノチューブイモゴライト(IG)と有機高分子を複合し、化学構造に応じた望みの力学強度 / 刺激応答性を併せ持つ高強度ハイドロゲル (IG gel) を合成した。
これまでの研究でIGと重合性有機酸アクリルアミド (AAm) を水中で混合した後AAmを重合させ可逆的な無秩序 / 秩序構造転移を起こすIG gelを合成した。本ゲルでは高分子鎖 (PolyAAm)が有機酸官能基を通じIGと相互作用しているため、IGと組み合わせる有機酸の官能基を適切に選択すればIGと有機酸の相互作用に応じた望みの力学強度や刺激応答性を持つゲルが合成できると期待される。
本系ではアクリル酸 (AA) / ヒドロキシエチルアクリレート (HEA) / ビニルホスホン酸 (VPA) / 2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸 (AMPS) をIG存在下で重合し高強度ゲルの合成を試みた。結果AA, HEAとIGの組み合わせにおいて高強度IG gelが得られた。更にAA / HEAの共重合によりAA / HEA組成比に応じた力学強度を示すIG gelを合成した。加えて「IGを特に強く相互作用するカルボン酸を持つAA」と「IGと相互作用を示さないが熱に応答し体積相転移を示す高分子鎖を形成するN-イソプロピルアクリルアミド (NIPA)」をIG存在下で共重合し、IG-AA間相互作用による高い力学強度を持ちながらもNIPAによる熱応答性体積相転移を示す多元刺激応答性IG gelを得た。
上記に加えてIGと二官能性有機酸(DA)から成るチクソトロピー性ゲルについてクライオ電子顕微鏡法ないし時分割X線散乱法により構造評価をおこなった。結果ゲル内部ではDAが表面に付着したIGの集合体(クラスター)がネットワークを形成しており、クラスター⇔ネットワークの衝撃/整置による構造転移がチクソトロピー性に寄与することを見出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた「イモゴライトと有機高分子による高強度ゲルの物性制御」に加え、平成27年に実施を予定していた「イモゴライトと二官能性有機酸によるチクソトロピー性ゲルの物性制御」の一部であるチクソトロピー性ゲルの構造評価についても着手できたことも受け、研究は順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

平成26年度において、次年度以降に必要となる構造評価技術であるクライオ電子顕微鏡法ないし時分割X線散乱法に関する実験セットアップが定まったため、本知見を元として研究を推進していく。チクソトロピー性イモゴライトゲルの物性制御に当たっての粘弾性評価は本年度購入した粘度計を始めとした機材を用いて遂行していく。

  • Research Products

    (12 results)

All 2015 2014

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (9 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Mechanical/Optical Behaviors of Imogolite Hydrogels Depending on their Compositions and Oriented Structures2015

    • Author(s)
      Kazuhiro Shikinaka, Yumi Koizumi, Kiyotaka Shigehara
    • Journal Title

      Journal of Applied Polymer Science

      Volume: 132 Pages: 41691 (6 pages)

    • DOI

      10.1002/app.41691

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Flow-Orientation of Internal Structure and Anisotropic Properties on Hydrogels Consisted of2014

    • Author(s)
      Keisuke Kaneda, Keisuke Uematsu, Hiroyasu Masunaga, Yoichi Tominaga, Kiyotaka Shigehara, Kazuhiro Shikinaka
    • Journal Title

      Sen'i Gakkaishi

      Volume: 70 Pages: 137-144

    • DOI

      10.2115/fiber.70.137

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Reversible Viscosity Change of Nanotubular Colloidal Aqueous Suspensions Responding to an Electric Field2014

    • Author(s)
      Kazuhiro Shikinaka, Hiroshi Kimura
    • Journal Title

      Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects

      Volume: 459 Pages: 1-3

    • DOI

      10.1016/j.colsurfa.2014.06.035

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Thixotropic hydrogels consisted of rigid inorganic nanotube “Imogolite”2015

    • Author(s)
      Kazuhiro Shikinaka
    • Organizer
      BIT's 1st Annual World Congress of Smart Materials-2015 (WCSM-2015)
    • Place of Presentation
      Busan Exhibition & Convention Center, Busan
    • Year and Date
      2015-03-23 – 2015-03-25
    • Invited
  • [Presentation] Stimuli-Responsible Hydrogels Consisted of Rigid Inorganic Nanotube “Imogolite” and Organic Acids2015

    • Author(s)
      Kazuhiro Shikinaka
    • Organizer
      2015 Symposium for the Promotion of Applied Research Collaboration in Asia (SPARCA 2015)
    • Place of Presentation
      Sunworld Dynasty Taipei Hotel, Taipei
    • Year and Date
      2015-02-08 – 2015-02-11
    • Invited
  • [Presentation] イモゴライト含有刺激応答性高強度ゲル2015

    • Author(s)
      敷中一洋、金田恵介、小泉由美、横井友美、重原淳孝
    • Organizer
      第26回ゲル研究討論会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2015-01-19 – 2015-01-20
  • [Presentation] 剛直無機ナノチューブの自己組織化による機能性材料2014

    • Author(s)
      敷中一洋
    • Organizer
      西日本ナノシート研究会ワークショップ2014
    • Place of Presentation
      山口大学
    • Year and Date
      2014-12-12 – 2014-12-13
    • Invited
  • [Presentation] Thixotropic Hydrogel Consisted of Rigid Rod-Like Polyelectrolyte2014

    • Author(s)
      Kazuhiro Shikinaka, Keisuke Kaneda, Saori Mori, Tei Maki, Hiroyasu Masunaga, Yoshihito Osada, Kiyotaka Shigehara
    • Organizer
      PN & G 2014
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2014-11-10 – 2014-11-14
  • [Presentation] イモゴライト網目から成るゲルにおけるチクソトロピー性と構造形成過程の関係2014

    • Author(s)
      敷中一洋、森佐織、金田恵介、重原淳孝、酒井崇匡、増永啓康
    • Organizer
      第62回レオロジー討論会
    • Place of Presentation
      福井市交流プラザ
    • Year and Date
      2014-10-15 – 2014-10-17
  • [Presentation] Robust hydrogel reinforced by an addition of imogolite which shows strain-induced reversible isotropic-anisotropic structural transition2014

    • Author(s)
      Kazuhiro Shikinaka, Tomomi Yokoi, Keisuke Kaneda, Yoshihito Osada, Hiroyasu Masunaga, Kiyotaka Shigehara
    • Organizer
      International Symposium on Fiber Science and Technology (ISF2014)
    • Place of Presentation
      東京ファッションタウンビル
    • Year and Date
      2014-09-28 – 2014-10-01
  • [Presentation] イモゴライト水分散液のエレクトロレオロジー効果2014

    • Author(s)
      敷中一洋、木村浩
    • Organizer
      第58回粘土科学討論会
    • Place of Presentation
      福島市A・O・Z
    • Year and Date
      2014-09-24 – 2014-09-27
  • [Presentation] 剛直棒状無機分子の架橋によるチクソトロピー性ハイドロゲルの創製2014

    • Author(s)
      敷中一洋、金田恵介、森佐織、牧禎、増永啓康、長田義仁、重原淳孝
    • Organizer
      レオロジー学会第41回年会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2014-05-15 – 2014-05-16

URL: 

Published: 2016-06-01  

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