Controlling hierarchical structure of polymer materials through rapid phase transition within non-equilibrium droplets formed in microspace

通过微空间中形成的非平衡液滴内的快速相变控制聚合物材料的分级结构

基本信息

批准号：
21K04749
负责人：
渡邉貴一
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okayama 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

マイクロ流路内を流れる多成分系液滴(例：高分子/良溶媒/共溶媒)の内外で、急激な温度変化や高速な溶媒の移動を誘起すると、液滴内で逐次的な相分離と高分子析出が同時に進行する非平衡状態となり、回分式反応器では形成が困難な鈴型構造や共連続構造などの多彩かつ階層的な相分離構造を有する微粒子が連続的に生成される。しかし、これら階層構造の形成機構や制御方法は未解明である。本研究では、マイクロ流路内の多成分系液滴において、非平衡相転移を誘起する因子を探索し、溶媒拡散の速度や微粒子の固化時間、液滴の粘度変化が微粒子の構造に及ぼす影響を明らかにする。2022年度は、液滴内における非平衡相分離現象を「重合を伴わない実験系」に拡張することを検討した。具体的には、酢酸セルロース微粒子が析出する系に、良溶媒とともに貧溶媒を加えることによって逐次的な相分離が起こるか検証した。この系に貧溶媒としてヘキサデカンと酢酸エチルを加えると、カプセル形成過程において、内部でも微粒子形成が進行し、一般的なカプセル構造だけでなく、多層構造を有するマイクロカプセルも再現性良く得られることを見出した。さらに、この層構造の層数は、初期液滴径が大きいほど多層化しやすく、析出までの時間が短いほど、層数が低下することも観察された。初期組成が同様でも、液滴の固化速度を変更することによって、非平衡構造を制御できることがわかった。また、この現象はバッチ系でも観察されるが、マイクロ流路を使うことによってはじめて精密制御できることも明らかとなった。

当在微通道中流动的多组分液滴（例如聚合物/良溶剂/共溶剂）的内部和外部引起快速的温度变化或溶剂的高速运动时，液滴内会逐渐发生相分离。聚合物沉淀和聚合物沉淀同时进行的非平衡状态，连续地连续生成间歇式反应器中难以形成的钟形结构、共连续结构等多种分级相分离结构的细颗粒。产生的。然而，这些层级结构的形成机制和控制方法尚不清楚。在本研究中，我们寻找引起微通道中多组分液滴非平衡相变的因素，并研究了溶剂扩散速率、颗粒凝固时间和液滴粘度变化对颗粒结构的影响。 2022年，我们考虑将液滴内的非平衡相分离现象扩展到“不涉及聚合的实验系统”。具体而言，我们验证了通过向其中沉淀醋酸纤维素细颗粒的体系中添加不良溶剂和良溶剂是否发生连续相分离。我发现，当将十六烷和乙酸乙酯作为不良溶剂添加到该体系中时，在胶囊形成过程中，胶囊内部会形成细颗粒，不仅可以获得一般的胶囊结构，而且可以获得具有良好再现性的多层结构的微胶囊。它。此外，还观察到初始液滴直径越大，该层状结构中的层数越容易变为多层，并且直到沉淀的时间越短，层数越少。研究发现，即使初始成分相同，也可以通过改变液滴的凝固速率来控制非平衡结构。此外，虽然这种现象在批量系统中也观察到，但很明显，只有使用微通道才能实现精确控制。