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

基本信息

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

项目摘要

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。

关于有机网络（第二网络）对含有离子液体的高强度双网络凝胶（DN离子凝胶）的高强度的影响，提出了关于使用由以下方法合成的交联聚合物制备的DN离子凝胶的弹性模量的理论：进行了全面的研究。基于经典橡胶弹性理论对DN离子凝胶的弹性模量和溶胀度的研究证实，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。由该结果可知，在DN离子凝胶中，通过聚合物网络对分散在DN离子凝胶内的无机颗粒聚集体施加应力，因此有机聚合物网络的有效交联密度导致对无机颗粒聚集体施加应力。这表明应力加载率发生变化，从而导致 DN 离子凝胶的弹性模量发生变化。此外，对使用 4 支链聚乙二醇的复合网络离子凝胶的机械强度进行了研究，该凝胶具有均匀的网络结构，作为第二个网络，表明第二个网络结构的均匀性对能量耗散有很大影响，因为我们的研究结果表明，第二个网络结构越均匀，耗散的能量越大，离子凝胶越强。另一方面，我们还研究了目前已成功制备的高强度离子凝胶的细化及其CO2选择性透过性能的评价。结果，在高离子液体含量的高强度离子凝胶膜中，具有由二氧化硅纳米粒子制成的第一网络的DN离子凝胶膜和具有交联聚合物网络的高强度离子凝胶膜的CO2渗透系数作为第一个网络的结果表明，离子凝胶膜的强度大于高强度离子凝胶膜的强度。这一结果表明，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的设计来控制。

项目成果

期刊论文数量（32）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fundamental Investigation of the Rate-Determining Step of CO2 Permeation through Ion Gel Membranes Containing Amino-Acid Ionic Liquid as the CO2 Carrier

以氨基酸离子液体为CO<sub>2</sub>载体的离子凝胶膜CO<sub>2</sub>渗透速率决定步骤的基础研究

DOI：
10.1021/acs.iecr.1c00615
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Matsuoka Atsushi;Taniguchi Shu;Kamio Eiji;Matsuyama Hideto
通讯作者：
Matsuyama Hideto

Cross-Linked Poly(ethylene oxide) Ion Gels Containing Functionalized Imidazolium Ionic Liquids as Carbon Dioxide Separation Membranes

含有官能化咪唑鎓离子液体的交联聚环氧乙烷离子凝胶作为二氧化碳分离膜

DOI：
10.1021/acs.iecr.8b02739
发表时间：
2018-08-05
期刊：
Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子：
4.2
作者：
V. Kusuma;Megan K. Macala;James S. Baker;David P. Hopkinson
通讯作者：
David P. Hopkinson

Development of a composite membrane with ultrathin ion gel layer for efficient CO2 separation

开发用于高效分离二氧化碳的超薄离子凝胶层复合膜

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jinhui ZHANG; Eiji KAMIO; Atsushi MATSUOKA; Keizo NAKAGAWA; Tomohisa YOSHIOKA; Hideto MATSUYAMA
通讯作者：
Hideto MATSUYAMA

Development of a high CO2 permeance composite membrane with an ion gel layer

具有离子凝胶层的高CO2渗透性复合膜的开发

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Jinhui Zhang; Eiji Kamio; Atsushi Matsuoka; Keizo Nakagawa; Tomohisa Yoshioka; Hideto Matsuyama
通讯作者：
Hideto Matsuyama

Novel Tough Ion-Gel-Based CO2 Separation Membrane with Interpenetrating Polymer Network Composed of Semicrystalline and Cross-Linkable Polymers

新型坚韧离子凝胶基二氧化碳分离膜，具有由半结晶和可交联聚合物组成的互穿聚合物网络

DOI：
10.1021/acs.iecr.1c04800
发表时间：
2022-03-28
期刊：
Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子：
0
作者：
Jinhui Zhang;Eiji Kamio;Atsushi Matsuoka;Keizo Nakagawa;Tomohisa Yoshioka;H. Matsuyama
通讯作者：
H. Matsuyama