高分子ステント法による、超高強度ダブルネットワークゲルの高強度化手法の一般化

聚合物支架法超高强度双网络凝胶高强度方法的推广

• 批准号: 10J02317
• 负责人: 中島 祐
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J02317/
• 关键词: 高分子化学; 材料科学; 高分子ゲル; 高強度ゲル; 高機能ゲル; 一般化; 高分子電解質; 異方性ゲル; 高分子化学; 材料科学; 高分子ゲル; 高強度ゲル; 高機能ゲル; 一般化; 高分子電解質; 異方性ゲル

昨年度は本分子ステント法の基礎技術を確立し、あらゆる親水性ポリマーから高強度St-DNゲルが創成可能であることを示した。そこで本年度は、本方法を様々な系へと拡張し、新規機能性高強度ゲルの開発を目指した。最初に、疎水性高分子を1st networkとした高強度ハイドロゲルの創製を行った。本ゲルは、一般的なDNゲルと同様に高い強度を示した他、ハイドロゲルでありながら水に対する高い接触角(80°)を示した。次に、配向高分子フィルムを作製し、これを1st networkに用いることで、物性に異方性のあるSt-DNゲルを合成した。本ゲルは、配向フィルムの構造を反映し、一軸に膨潤する、一方向のみに引き裂き可能などの興味深い新規物性を示した。以上より、疎水性高分子を基にした新規機能性DNゲルの開発に成功した。本結果は、DNゲルの高強度化手法を更に拡張し、従来は実現できなかった機能を発現させたという点で画期的である。また、ステントによるゲル膨潤挙動の理論的な考察を行った。中性ゲルに強電解質高分子(ステント)を導入すると、ステントの持つ高い浸透圧のためにゲルは膨潤する。ステント濃度が0.5Mに達するまでは、ゲルの膨潤挙動は一般的なゲル膨潤理論で説明可能であった。一方、ステント濃度が0.5M以上になると、ゲルの実際の膨潤度は理論値を下回った。本現象は、ステント濃度が大きい時、1st networkゲルの分子鎖の伸び切りが起こっていることを示している。また、本ゲルを基にSt-DNゲルを合成したところ、ステント濃度が0.5M以下の場合、ゲルの力学強度はステント濃度の増加に伴って大きくなるが、0.5M以上ではほぼ同じであった。ここから、St-DNゲルは1st networkが伸び切っているときに高強度化されることが示唆された。以上の成果を基に、現在4編の論文を投稿、あるいは執筆中である。

去年，我们建立了这种分子支架方法的基本技术，表明可以通过任何亲水性聚合物创建高强度ST-DN凝胶。因此，今年，我们将此方法扩展到各种系统，并旨在开发新的功能高强度凝胶。首先，我们使用疏水聚合物作为第一个网络创建了高强度水凝胶。该凝胶显示高强度，类似于典型的DN凝胶，尽管它是水凝胶，但它与水具有高接触角（80°）。接下来，在第一个网络中制备了定向的聚合物膜，并将其用于与物理性质中各向异性的ST-DN凝胶合成。凝胶显示出任何有趣的新型特性，这些特性反映了定向膜的结构，并且仅在一个方向上单次膨胀且可撕裂。从上面，我们成功地基于疏水聚合物开发了一种新型的功能性DN凝胶。该结果是开创性的，因为它进一步扩展了提高DN凝胶强度的方法，并开发了以前未实现的功能。此外，我们对支架引起的凝胶肿胀行为进行了理论上的考虑。当将强的电解质聚合物（支架）引入中性凝胶中时，由于支架固定的高渗透压，凝胶会膨胀。在支架浓度达到0.5m之前，凝胶的肿胀行为可以通过一般凝胶肿胀理论来解释。另一方面，当支架浓度达到0.5m或更多时，凝胶的实际肿胀低于理论值。这种现象表明，当支架浓度高时，第一网络凝胶的分子链将完全扩展。此外，当基于该凝胶合成ST-DN凝胶时，当支架浓度为0.5m或更少时，凝胶的机械强度随着支架浓度的增加而增加，但在0.5m或更高时几乎相同。这表明当第一个网络完全扩展时，ST-DN凝胶的强度会增加。根据上述结果，我目前正在提交或撰写四篇论文。