新規高温蓄熱振盪ゲルの開発

新型高温蓄热振荡凝胶的研制

基本信息

批准号：
21K03894
负责人：
廣瀬裕二
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではナノシリカ粒子を分子量の大きなポリエチレングリコール(PEG)の水溶液に加え分散させた混合系は振盪によりゲル化し、その後静置するとゾルに戻る「振盪ゲル」において、ゲル状態を長時間維持し新規保温材として開発することを目指している。平均分子量400万のPEGを用いることである程度ゲル状態を長くすることができていたが、今回従来用いていた粒径11 nmのシリカに代わり、18 nmのものを用いることで大幅にゲル状態を長時間保つことができることを見出した。具体的に40℃においてPEG 0.2 wt%、シリカ15 wt%の組成では、粒径11 nmの試料が100秒程度でゾルに戻ったのに対し、粒径18 nmのものでは2時間以上ゲル状態を維持した。振盪ゲルは静置した際に熱運動で分子鎖が脱着することでゾル状態に戻るが、シリカ粒径が大きくなると粒子1個当たりの表面積も大きくなり、PEG分子鎖が吸着可能な点も増える。複数のPEG分子鎖が1個の粒子に吸着した後、そのほとんどが同時に脱着して三次元網目が消失するためには分子鎖の数が増えるほど時間を要すると予想され、これが長時間ゲル状態を維持した要因と考えられる。さらにこの試料を加熱後に恒温槽で冷却しつつ温度を測定したところ、ゲル化させた試料はより長時間高温を維持した。昨年度の11 nmシリカを用いた試料では、ゲル化させた方がゾルに戻る際に流動が発生して逆に短時間で温度が低下したが、18 nmシリカによりこの問題を解決することができた。一方、ゲルを形成する高分子として知られる4本の分枝構造を持つtetra-PEGを添加した場合では、逆にゲル状態を保つ時間が短くなった。これは分子量の小さな直鎖PEGを加えた場合と同様であったことから、tetra-PEGによる三次元網目の形成効果は小さいと言える。

在这项研究中，将纳米硅颗粒添加到具有较大分子量的水乙二醇（PEG）中的混合系统会通过摇动而凝胶，然后在静止不动时，将混合物保持很长时间，并作为一种新的热抑制材料而开发。使用平均分子量为400万的PEG可以在一定程度上扩展凝胶，但是通过使用以前使用的18 nm尺寸的二氧化硅，我们发现凝胶状态可以长时间显着维持。具体而言，在40°C下，PEG的组成为0.2 wt％，二氧化硅为15 wt％，粒径为11 nm的样品在约100秒内返回到SOL，而粒度为18 nm的粒度在凝胶状态下保持了2小时以上。当摇动凝胶保持站立时，分子链会通过热运动解吸，分子链返回到SOL状态，但是随着二氧化硅粒径的增加，每个颗粒的表面积增加，并且可以增加PEG分子链的点。预计，在吸附多个PEG分子链上，分子链的数量越增加，并且大多数同时吸收且三维网状消失，这被认为是长期保持凝胶状态的原因。此外，加热后，将样品在恒温浴中冷却并测量温度，并将凝胶样品保持在高温下更长的时间。在去年使用11 nm二氧化硅的样品中，当混合物返回溶胶时，流量发生时会发生流动，导致温度下降的时间很短，但是18 nm二氧化硅能够解决此问题。另一方面，当添加了四个称为凝胶形成聚合物的四个分支结构的Tetra-Peg时，保持凝胶状态所需的时间短。这类似于添加具有较小分子量的线性钉的情况，因此可以说，形成三维网络的tetra-peg的效果很小。