高分子の高次構造制御による機能集積型ナノ反応場の創出

通过控制聚合物的高阶结构创建功能集成的纳米反应场

基本信息

批准号：
14J06881
负责人：
日比裕理
金额：
$ 7.49万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は、ミクロ相分離によりナノシリンダーアレイを形成する液晶性ブロック共重合体(LCBCPs)薄膜に機能基を集積し、透過型の触媒膜を開発することを目的とし提案された。当初の目的である透水膜の触媒化には至らなかったものの、実用化に向けた要素技術の確立と、申請時には思い至らなかった高分子液晶の本質ともいえる現象を発見した。当初の目的である透過型の触媒膜を目指す上でまず、①欠陥のない、透水経路がナノシリンダーにより確実に規定された透水膜を、大面積製膜するプロセスの確立が必須であった。更に、シリンダー経路上の任意位置に、任意機能基を組み込む技術を開発することが、ナノシリンダーの高度リアクター化に必須である。②膜内部で、膜を構成する任意高分子鎖の座標を指定する技術の確立はこれまでに報告例がなく、これについても試みた。以下にそれぞれについて述べる。①一般に限外濾過膜と呼ばれる、孔径分布20~250 nm程度の市販のポリスルフォン（PSf）多孔膜を支持膜とし、この上に直径10±1 nmの垂直シリンダーを形成する液晶性ブロック共重合体を直接塗工することを狙った。予め多孔膜上に粘調なアルギン酸ナトリウム(AlgNa)水溶液を塗工し、多孔質基板の平滑化と、LCBCPの有機キャスト溶液を遮蔽することで、極めて高いサイズ選択性(半径2 nm粒子は100%透過し、半径4 nm粒子は97%阻止)を有する透水膜の連続塗工に成功した。②互いに異なるメソゲン基を有する複数種LCBCPsのブレンド膜において、各LCBCPsの深さ座標を指定し、三次元異方的なミクロ相分離構造の構築を試みた。すなわち、異種LCBCPsのブレンド薄膜を、等方転移温度以上でアニールすると、冷却過程において空気界面から等方転移温度の高い順に液晶相が析出するため、異種スメクチック液晶相を一意配列に積層させることに成功した。

该研究项目的目的是通过将官能团集成到液晶嵌段共聚物（LCCCP）薄膜中来开发透明催化剂膜，通过微相分离形成纳米圆柱阵列。虽然他们未能实现将透水膜转化为催化剂的最初目标，但他们建立了实用化的基础技术，并发现了一种可以被认为是聚合物液晶本质的现象，这是从未发生过的事情在申请时向他们提供。为了实现创建可渗透催化剂膜的最初目标，首先需要建立一种生产无缺陷且具有由纳米圆柱体可靠限定的水渗透路径的大面积水渗透膜的工艺。此外，有必要开发一种技术，将任意官能团合并到圆柱路径上的任意位置，以便将纳米圆柱制成先进的反应器。 ②迄今为止，还没有关于建立在膜内部指定构成膜的任意聚合物链的坐标的技术的报告，所以我们也尝试这样做。下面对每一个进行描述。 ①采用市售的孔径分布约为20～250nm的多孔聚砜(PSf)膜，一般称为超滤膜，作为支撑膜，在支撑膜上形成液晶性嵌段共聚物，形成直径为 10 ± 1 nm 的垂直圆柱体，目的是直接应用聚结。通过预先在多孔膜上涂上粘稠的海藻酸钠（AlgNa）水溶液，使多孔基材光滑并屏蔽LCBCP的有机浇铸溶液，极高的尺寸选择性（2 nm半径的颗粒可以连续涂覆在水-渗透膜，对半径为 4 nm 的颗粒具有 97% 的渗透率和 97% 的抑制率。 ② 在具有不同介晶基团的多种类型LCBCP的共混膜中，我们指定了每种LCBCP的深度坐标，并尝试构建三维各向异性微相分离结构。换句话说，当不同类型的LCBCP的混合薄膜在各向同性转变温度以上退火时，在冷却过程中液晶相按照各向同性转变温度升高的顺序从空气界面析出，导致不同近晶相的堆叠。液晶相以独特的方式排列成功。