放射線グラフト重合による多機能型芳香族炭化水素高分子の開発

辐射接枝聚合法开发多功能芳烃聚合物

基本信息

批准号：
20K05625
负责人：
長谷川伸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institutes for Quantum Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、耐熱性及び機械特性に優れた芳香族炭化水素高分子へ、イオン伝導性等の機能をグラフト重合により付与した多機能型芳香族炭化水素高分子の創出と、反応機構に関する因子の解明を目的とする。今年度は、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)膜へのスチレンスルホン酸エチルエステル(ETSS)の放射線グラフト重合について検討した。PEEK膜へのETSSグラフト重合では、熱アニーリングによって制御できる結晶化度とラメラ形成がその重合速度と到達グラフト率に重要であり、ラメラ形成しない結晶化度11～25％の膜はグラフト重合性を示すのに対し、30%以上では殆ど重合しないことを既に報告した。一方、50℃のDVB（DOXの50重量％溶液）で18時間処理した低結晶性PEEK膜（l-PEEK、市販品、結晶化度11％）では、24時間でのグラフト率が、l-PEEK(前処理なし) 45％に対し、190％に向上した。今回、溶媒前処理効果を調べるため、DOXのみで同様に前処理したPEEK膜について、同条件でのETSSグラフト重合は、24時間でグラフト率190％とほぼ同様の重合促進効果を示したことから、溶媒アニーリングによる基材の構造変化が重合促進に重要であることが明らかとなった。そこで、溶媒処理したPEEK膜の結晶化度と小角X線散乱(SAXS)を測定し比較検討した。溶媒処理膜の結晶化度は20-22％と、熱処理によるグラフト重合性を示した結晶化度の範囲であった。SAXS測定より、ラメラ周期構造に相当する相関長9.5 nmのピークが出現した。これは、熱処理で現れる相間長14nmの半分程度であり、散乱強度も低いことから、周期性の弱い新たなラメラ相の形成を示唆している。すなわち、溶媒アニール処理によるl-PEEKの結晶化度20％程度で、周期性が低く、短いラメラ構造が、グラフト重合に有利であることが分かった。

在本研究中，我们将通过接枝聚合到具有优异耐热性和机械性能的芳香烃聚合物来创建具有离子导电性等功能的多功能芳香烃聚合物，并研究与反应机理相关的因素。今年，我们研究了苯乙烯磺酸乙酯（ETSS）在聚醚醚酮（PEEK）膜上的辐射接枝聚合。在 PEEK 膜上的 ETSS 接枝聚合中，可通过热退火控制的结晶度和片层形成对于聚合速率和所达到的接枝率很重要。另一方面，已经报道聚合几乎不发生。 30%或以上。另一方面，在50℃下用DVB（DOX的50wt%溶液）处理18小时的低结晶PEEK膜（l-PEEK，市售品，结晶度11%）中，24小时时的接枝率为l-PEEK（无预处理）从 45% 提高到 190%。这次，为了考察溶剂预处理的效果，我们发现用DOX同样方式预处理的PEEK膜在相同条件下进行ETSS接枝聚合仅表现出类似的聚合促进效果，24小时接枝率为190%。很明显，溶剂退火引起的基材结构变化对于促进聚合非常重要。因此，我们测量并比较了溶剂处理的 PEEK 薄膜的结晶度和小角 X 射线散射 (SAXS)。溶剂处理膜的结晶度为20～22％，处于通过热处理而表现出接枝聚合的结晶度范围内。 SAXS 测量显示相关长度为 9.5 nm 的峰，对应于层状周期性结构。这大约是热处理过程中出现的相间长度14 nm的一半，并且散射强度也很低，表明形成了具有弱周期性的新层状相。即，发现通过溶剂退火处理获得的l-PEEK的结晶度为约20％、低周期性和短层状结构，有利于接枝聚合。