Design of inner structure of reactor for synthesis of polymer nano particle

聚合物纳米颗粒合成反应器内部结构设计

基本信息

批准号：
21H01702
负责人：
山本徹也
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Nagoya 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

项目摘要

従来，ポリスチレンナノ粒子は界面活性剤を用いた乳化重合により合成されてきた。この方法では，界面活性剤により粒子表面が汚染される，環境負荷が高いといった課題がある。本研究はこれらの課題をクリアするために，三次元マイクロ網目構造を有するメラミンフォームを反応器として用いたスチレンのソープフリー乳化重合を行った。本実験ではメラミンフォームの空隙による流体抵抗をダルシーの法則に従って解析を行った。メラミンフォームの空隙率が下がると流動抵抗が上がることを実験的に明らかにした。流動抵抗の上昇に伴い，メラミンフォーム内で発生した微粒子の運動が抑制され，衝突や合一による微粒子の成長が阻害されたので100 nm未満のポリスチレン粒子を合成することができた。合成したポリスチレンの分子量も併せて測定したところ，ナノ粒子を構成する分子数の減少を確認することができた。これらの実験結果により，凝集成長と分子数には相関性があると言える。メラミンフォーム内でのポリマーの堆積は観察されず，繰り返し反応器として使うことができる。本手法は有機溶媒と界面活性剤を用いない系でナノ粒子が合成できた点に意義がある。今期の研究を通して，メラミンフォーム内でのソープフリー乳化重合ではモノマーを加熱による蒸発と拡散で供給しており，重合速度に比べてモノマー供給速度が大きいためにナノ粒子の収率が低い問題点が明らかになった。この点を来期以降に改善できるよう，紫外線を利用した光重合反応を用い収率の向上に努め，社会実装できる手法の開発を目指す。

传统上，聚苯乙烯纳米颗粒是通过使用表面活性剂的乳液聚合来合成的。该方法存在表面活性剂污染颗粒表面、环境影响大等问题。为了克服这些问题，本研究采用具有三维微网络结构的三聚氰胺泡沫作为反应器，进行了苯乙烯的无皂乳液聚合。在本实验中，根据达西定律分析了三聚氰胺泡沫中的空隙引起的流体阻力。实验表明，流动阻力随着三聚氰胺泡沫孔隙率的降低而增加。随着流动阻力的增加，三聚氰胺泡沫内产生的颗粒的运动受到抑制，并且由于碰撞和聚结而导致的颗粒生长受到抑制，使得合成直径小于100 nm的聚苯乙烯颗粒成为可能。当还测量合成的聚苯乙烯的分子量时，证实构成纳米颗粒的分子数量减少了。基于这些实验结果，可以说聚集体生长与分子数量之间存在相关性。在三聚氰胺泡沫内没有观察到聚合物沉积，并且它可以作为反应器重复使用。该方法的意义在于可以在不使用有机溶剂或表面活性剂的情况下合成纳米颗粒。通过这项研究，我们发现，在三聚氰胺泡沫的无皂乳液聚合中，单体是通过加热蒸发和扩散来供给的，与聚合速率相比，单体供给速率较高，导致纳米粒子的产率较低。变得清晰起来。为了在下一财年及以后改善这一点，我们的目标是通过使用紫外线的光聚合反应来提高产量，并开发一种可以在社会上实施的方法。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

加熱による高分子微粒子の中空化

通过加热使聚合物细颗粒空心化

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kageshima Yosuke;Kato So;Shiga Sota;Takagi Fumiaki;Minamisawa Hikari;Horita Masaomi;Yamakami Tomohiko;Teshima Katsuya;Domen Kazunari;Nishikiori Hiromasa;福岡淳;堤和也，山本徹也
通讯作者：
堤和也，山本徹也

Hollowing of polymer particles by gas emission within the particles

聚合物颗粒因颗粒内气体逸出而中空

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kamata Keigo;Aihara Takeshi;山本雅隆，影島洋介，手嶋勝弥，堂免一成，錦織広昌;堤和也，山本徹也
通讯作者：
堤和也，山本徹也

三次元網目構造反応器とUV照射援用による高分子ナノ粒子の合成法

利用三维网络反应器和紫外照射合成聚合物纳米粒子的方法

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chudatemiya Vorakit;Kikkawa Soichi;Hirayama Jun;Takahata Ryo;Teranishi Toshiharu;Tamura Masazumi;Yamazoe Seiji;森川陽之，大内慎也，山本徹也
通讯作者：
森川陽之，大内慎也，山本徹也

Size Control of Polymer Nanoparticles Using 3D Network Structure as a Reaction Field

DOI：
10.4164/sptj.58.481
发表时间：
2021-09
期刊：
Journal of the Society of Powder Technology, Japan
影响因子：
0
作者：
S. Ouchi;N. Yamada;Tetsuya Yamamoto
通讯作者：
S. Ouchi;N. Yamada;Tetsuya Yamamoto

高分子微粒子の中空化と多孔質化

中空多孔聚合物颗粒

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
高橋瞭太;張喩昇;藤墳大裕;多湖輝興;山本徹也
通讯作者：
山本徹也

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山本徹也其他文献

The effect of slit secondary flow on the performance of cyclone

狭缝二次流对旋流器性能的影响

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
竹田尚広;忍足輝男;山本徹也;福井国博;吉田英人;福井国博・片倉崇瑛・深澤智典・Huang An-Ni;An-Ni Huang，柴田大貴，深澤智典，吉田英人，福井国博
通讯作者：
An-Ni Huang，柴田大貴，深澤智典，吉田英人，福井国博

木質バイオマス発電燃焼灰のカリウム成分の濃縮と循環利用

木质生物质发电燃烧灰中钾成分的浓缩及回收利用

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
竹田尚広;忍足輝男;山本徹也;福井国博;吉田英人;福井国博・片倉崇瑛・深澤智典・Huang An-Ni;An-Ni Huang，柴田大貴，深澤智典，吉田英人，福井国博;福井国博，片倉崇瑛，深澤智典，An-Ni Huang，吉田英人
通讯作者：
福井国博，片倉崇瑛，深澤智典，An-Ni Huang，吉田英人