高校化学において利用できる機能性高分子化合物に関する実験教材の探究・開発・深化

高中化学功能高分子化合物相关实验教材的探索、开发和深化

基本信息

批准号：
22K02984
负责人：
長昌史
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Aichi University of Education
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は，高校化学で機能性高分子化合物の教育・実習に利用できる新しい実験教材を探究し，教材についての理解を深化させ，機能性高分子化合物に関する新しく魅力的な実験教材の開発を行うことである。具体的な機能性高分子化合物の教材として，「吸水性ポリマー」「イオン交換樹脂」「刺激応答性ゲル」「生分解性高分子」等を予定している。令和４年度においては，吸水性ポリマーの合成方法の確立と教材化を目指した研究，およびイオン交換樹脂の合成方法の確立を目指した研究を行った。吸水性ポリマーの合成に関して，従来から吸水性ポリマーの材料として使用されているポリアクリル酸とはカルボキシ基の結合様式が異なるマレイン酸-メチルビニルエーテル交互共重合体を材料に用いて吸水性ポリマーを合成した。ポリアクリル酸から合成した吸水性ポリマーとマレイン酸-メチルビニルエーテル交互共重合体から合成した吸水性ポリマーは，カルボキシ基の結合様式の違いにより，異なる吸水性を示すことを明らかにした。教育現場において実践可能な吸水性ポリマーの合成方法および合成した吸水性ポリマーの吸水率の測定方法を解説するための動画を作成し，高校教員を対象とした東海地区化学教育セミナーにおいて公開した。また，これらの研究成果について学会発表および論文発表を行った。イオン交換樹脂の合成に関して，スルホ基を持つ4-ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムを重合し架橋することで陽イオン交換樹脂の合成を，第４級アンモニウム基を持つ[2-（メタクリロイルオキシ）エチル]トリメチルアンモニウムクロリドを重合し架橋することで陰イオン交換樹脂の合成を試みた。このように合成した陽イオン交換樹脂により，電解質水溶液中の陽イオンの交換が確認できたが，合成した陰イオン交換樹脂は陰イオン交換能を示さなかった。イオン交換樹脂の合成方法に関して，今後も研究を継続していく。

本研究的目的是探索可用于高中化学功能高分子化合物教学与实践的新型实验教材，加深对教材的理解，开发新颖、有吸引力的功能高分子化合物相关实验教材。就是去做。计划推出功能高分子化合物的具体教材，包括“吸水性聚合物”、“离子交换树脂”、“刺激响应凝胶”和“生物可降解聚合物”。 2020年度，我们进行了旨在建立吸水性聚合物的合成方法并将其转化为教材的研究，以及旨在建立离子交换树脂的合成方法的研究。在吸水聚合物的合成方面，采用马来酸-甲基乙烯基醚交替共聚物合成了吸水聚合物，该共聚物具有与传统上用作吸水材料的聚丙烯酸不同的羧基键合方式。吸收聚合物做到了。据揭示，由聚丙烯酸合成的吸水性聚合物和由马来酸-甲基乙烯基醚交替共聚物合成的吸水性聚合物根据羧基的键合模式表现出不同的吸水性能。我们制作了一个视频来解释如何合成吸水性聚合物以及如何测量合成的吸水性聚合物的吸水率，该视频可以在教育环境中进行实践，并在东海地区的化学教育研讨会上发布，旨在在高中老师。我们还在学术会议上介绍了这些研究结果并发表了论文。关于离子交换树脂的合成，我们尝试通过将具有磺基的4-乙烯基苯磺酸钠和具有季铵基的[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]三甲基聚合并交联来合成阳离子交换树脂。由氯化铵聚合交联合成阴离子交换树脂。尽管证实以这种方式合成的阳离子交换树脂能够交换电解质水溶液中的阳离子，但是合成的阴离子交换树脂不表现出阴离子交换能力。我们将继续研究离子交换树脂的合成方法。