Development of highly tough gel containing ionic liquid using structure controlled polymer by precision polymerization

使用结构控制聚合物通过精密聚合开发含有离子液体的高韧性凝胶

• 批准号: 21H01691
• 负责人: 神尾 英治
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01691/
• 关键词: ゲル; イオン液体; 無機/有機相互侵入網目; エネルギー散逸; CO2分離膜; 高強度ゲル; ダブルネットワーク

イオン液体含有高強度ダブルネットワークゲル（DNイオンゲル）の高強度発現に寄与する有機ネットワーク（2ndネットワーク）の影響について、精密重合により合成した架橋性高分子を用いて作製したDNイオンゲルの弾性率に関する理論的検討を実施した。DNイオンゲルの弾性率と膨潤度に関する古典的ゴム弾性理論に基づく検討から、無機ネットワーク由来の弾性率は有機ネットワークの有効架橋密度に依存することが確認された。この結果より、DNイオンゲルでは、高分子ネットワークを介してDNイオンゲル内に分散して存在する無機粒子凝集体に応力が負荷されるため、有機高分子ネットワークの有効架橋密度により無機粒子凝集体への応力負荷割合が変化し、その結果としてDNイオンゲルの弾性率が変化することが示唆された。また、均一なネットワーク構造を有する4分岐鎖ポリエチレングリコールを2ndネットワークとして用いた複合ネットワークイオンゲルの機械的強度に関する検討から、2ndネットワーク構造の均一性は1stネットワーク構造の破壊に伴うエネルギー散逸に大きな影響を及ぼし、2ndネットワーク構造が均一なほどエネルギー散逸量が大きく、イオンゲルがより高強度化されることを示唆する知見を得た。一方で、これまでに作製に成功した高強度イオンゲルについて、その薄膜化とCO2選択透過性能の評価についても検討を行った。その結果、高イオン液体含有率の高強度イオンゲル膜では、シリカナノ粒子を原料とする1stネットワークを有するDNイオンゲル膜と架橋性高分子ネットワークを1stネットワークとする高強度イオンゲル膜のCO2透過係数は、他の高強度イオンゲル膜よりも大きいことが示唆される結果を得た。これは、高強度イオンゲル膜の溶質拡散性やガス透過速度がゲルネットワークの設計により制御できる可能性を示唆する結果である。

有机网络（第二个网络）的影响是对含有离子液体的高强度双网络凝胶（DN离子凝胶）的影响，这是对使用可通过精确聚合合成的交叉链接聚合物制备的DN离子凝胶弹性模量的理论研究进行的。从基于弹性模量和DN离子凝胶肿胀的经典橡胶弹性理论的研究中，可以证实，源自无机网络的弹性模量取决于有机网络的有效交联密度。该结果表明，在DN离子凝胶中，应力适用于通过聚合物网络分散在DN离子凝胶中的无机颗粒聚集体，因此，由于有机聚合物网络的有效交联密度，应力负荷与无机颗粒聚集物的变化发生了变化，从而导致弹性模量DN IIN的变化。此外，从使用四个具有统一网络结构作为第二个网络的均匀网络结构的分支聚乙烯乙二醇对复合网络离子凝胶的机械强度的研究中，我们获得了发现，第二个网络结构的均匀性对能量耗散的均匀性对与第一个网络结构的衰减相关，并且更大的网络结构变得更加均匀的能量，并且变得更加均匀的能量分解。另一方面，我们还研究了迄今已成功制造并评估其选择性渗透性的高强度离子凝胶的变薄。结果，发现具有高强度液体含量的高强度离子凝胶膜的CO2渗透率大于DN离子凝胶膜的其他高强度离子凝胶膜的二氧化碳渗透率大于二氧化硅纳米粒子和高速素凝胶网络的1个网络，该网络由1个网络制成。该结果表明，高强度离子凝胶膜的溶质扩散率和气体渗透速率可以通过凝胶网络设计控制。

项目成果

二酸化炭素分離のためのTetra-PEGイオンゲル薄膜の開発

用于二氧化碳分离的Tetra-PEG离子凝胶薄膜的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 瀨川 純平;神尾 英治;松岡 淳;吉岡 朋久;中川 敬三;松山 秀人
• 通讯作者: 松山 秀人

Development of an ion gel membranecontaining a CO2-philic ionic liquid in interpenetrating semi-csystalline and crosslinkable polymer networks

开发含有互穿半结晶和可交联聚合物网络中亲二氧化碳离子液体的离子凝胶膜

• 发表时间: 2022
• 作者: Shengnan HE;Eiji KAMIO;Jinhui ZHANG;Atsushi MATSUOKA;Keizo NAKAGAWA;Tomohisa YOSHIOKA;Hideto MATSUYAMA
• 通讯作者: Hideto MATSUYAMA

Fundamental investigation on the development of composite membrane with a thin ion gel layer for CO2 separation

• DOI: 10.1016/j.memsci.2022.121032
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Journal of Membrane Science
• 影响因子: 9.5
• 作者: Jinhui Zhang;Eiji Kamio;Atsushi Matsuoka;Keizo Nakagawa;Tomohisa Yoshioka;H. Matsuyama

高CO2透過性を有するポリジメチルシロキサン膜の開発とCO2分離複合膜の中間層への応用

CO2高透过性聚二甲基硅氧烷膜的研制及其在CO2分离复合膜中间层的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: 室賀 丈;神尾英治;松岡 淳;中川敬三;吉岡朋久;松山秀人
• 通讯作者: 松山秀人

Tough ion gels composed of coordinatively crosslinked polymer networks using ZIF-8 nanoparticles as multifunctional crosslinkers

由使用 ZIF-8 纳米颗粒作为多功能交联剂的配位交联聚合物网络组成的坚韧离子凝胶

• DOI: 10.1039/d2sm00410k
• 发表时间: 2022
• 期刊: Soft Matter
• 影响因子: 3.4
• 作者: Kamio Eiji;Minakata Masayuki;Nakamura Hinako;Matsuoka Atsushi;Matsuyama Hideto
• 通讯作者: Matsuyama Hideto