気温で近赤外光透過率を変える遮熱材の開発：温度応答性高分子構造と凝集粒子径の関係

开发根据温度改变近红外光透射率的隔热材料：温度响应聚合物结构与聚集体粒径之间的关系

• 批准号: 22K14370
• 负责人: 中村 彩乃
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14370/
• 关键词: 温度応答性高分子; 遮熱材; ヒドロゲル; 太陽光制御; 省エネルギー

温度応答性高分子であるセルロース由来のヒドロキシプロピルセルロース (HPC)をアクリルアミド(AAm)と架橋剤を用いて合成したヒドロゲル内に埋め込んだHPC/AAmゲルを作製した。なお、HPCのLCSTは40-48℃であるため、塩化カルシウムを加えてLCSTを30℃付近まで低下させた。ここでは分子量の異なるHPCを用いてHPC/AAmゲルを作製した所、LCST以下での日射透過率は分子量に関わらず約85%と高い一方、LCST以上では分子量の小さいHPCを用いたヒドロゲルの日射透過率が約20%まで低下し、日射反射率が増加することが分かった。また、26×30×27 cmの箱(発砲スチロール)にガラス2枚にHPC/AAmゲルを挟み込んだサンプルを設置しハロゲンランプを照射すると、ゲル未使用の場合と比較して箱内温度を10℃下げることに成功した。LCST以上でのHPC/AAmゲル中のHPCの収縮状態を評価するため、蛍光試薬を加えたHPC/AAmゲルを共焦点レーザー顕微鏡で観察した所、HPCの凝集した粒子径は分子量が小さいほどわずかに大きくなることが分かった。これは、分子量の小さいHPCはAAmゲルの骨格に阻害されることなく自由に移動できるためと考えられる。なお、顕微鏡画像から求めた凝集粒子半径rを使い粒径パラメータx（x = 2πr/λ、λ: 波長）を計算すると全てのHPC凝集粒子径においてミー散乱が起こっていることが分かった。更に透過率の違いについて調査するため、HPC/AAmゲルを凍結乾燥したサンプルを用意し、SEM観察すると分子量の大きいHPCを使用したゲルでは多数の大きな細孔が見られたのに対し、分子量の小さいHPCでは細孔が小さく、且つ少ないことが分かった。このことから、HPC/AAmゲル中で形成されるHPCの凝集状態が光の散乱に影響を及ぼしていることが分かった。

制备了HPC/AAM凝胶，其中将源自温度反应性聚合物纤维素衍生而成的羟丙基纤维素（HPC）嵌入使用丙烯酰胺（AAM）和交联剂合成的水凝胶中。此外，由于HPC的LCST为40-48°C，因此添加氯化钙以将LCST降低至30°C左右。在这里，使用具有不同分子量的HPC制备了HPC/AAM凝胶，发现LCST或以下的太阳能透射率在约85％的情况下高约85％，而在LCST或以上或高于Solecular the HPC的太阳能透射率高于Solecular Tomess的太阳能透射率，则降低了20％的Solar降低了Solar，降低了Solar降低。此外，将含有HPC/AAM凝胶的样品放在两块玻璃中，将26 x 30 x 27厘米盒（泡沫塑料）放在26 x 30 x 27 cm盒中，并用卤素灯照射，与未使用凝胶相比，将盒子内的温度成功降低了10°C。为了评估HPC/AAM凝胶在LCST或更高版本中的HPC的收缩，当使用共聚焦激光显微镜观察HPC/AAM凝胶时，发现HPC的凝集的颗粒直径会稍大，因为分子量较小。这被认为是因为具有低分子量的HPC可以自由移动而不会被AAM凝胶的骨架抑制。此外，当使用从显微镜图像获得的团聚粒径r计算粒径参数x（x =2πr/λ：λ：波长）时，发现在所有HPC团聚粒子直径中都发生了MIE散射。此外，为了研究渗透率的差异，通过冷冻干燥的HPC/AAM凝胶制备样品，当通过SEM观察时，使用具有较大分子量的HPC在凝胶中发现了许多大孔，而小分子量则显示出小的分子量。这表明HPC/AAM凝胶中形成的HPC的聚集状态会影响光散射。

项目成果

温度応答性高分子を用いた機能性ハイドロゲルへの応用

温度响应性聚合物在功能性水凝胶中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: エ ルドンオチル;畑中 重光;涌井将貴，伊山潤;中村彩乃
• 通讯作者: 中村彩乃