溶媒和の分子レベル制御による刺激応答性高分子-イオン液体複合材料の物性デザイン

通过分子水平控制溶剂化设计刺激响应聚合物-离子液体复合材料的物理性能

基本信息

批准号：
17J05435
负责人：
廣澤和
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J05435/
关键词：
イオン液体高分子相分離 LCST 溶媒和圧力応答

项目摘要

イオン液体（IL）は純粋な塩でありながら常温で液体として存在する物質群であり、溶質にとって極めて異質な溶媒和環境を形成する溶媒である。本課題は、IL中で刺激応答性相分離を起こす高分子に対して散乱実験を基軸とした構造研究を行い、高分子/IL混合系のマクロ相挙動をミクロ溶媒和の観点から理解しようとするものである。平成28年度には、疎水性IL（[C2mIm][TFSA]）中で下限臨界相溶温度(LCST)型相分離を起こす高分子であるPPhEtMAに着目し、温度応答・圧力応答を詳細に調べた。本年度は、これまでの研究を踏まえ、IL中における高分子の相挙動に関してより詳細な研究を行った。具体的には、PPhEtMA/[C2mIm][TFSA]溶液系を基軸として高分子側鎖あるいはILの分子構造を様々に変化させた系に対して小角中性子散乱実験および高エネルギーX線回折実験による構造解析を行った。結果として、マクロ相挙動を記述する相互作用パラメータの温度依存性が高分子側鎖・ILの分子構造によって異なっており、さらにその差異はミクロ溶媒和構造に基づいて系統的に説明できることが明らかになった。高分子/IL溶液系の相挙動を分子レベルで特徴づけた研究例は稀有であり、本研究はILを溶媒として含む高分子材料の物性設計を行う上で非常に重要なものとなる。また、ILは従来溶媒系よりも格段に広い温度・圧力範囲で液体状態を保つため、IL溶液系の圧力応答を調べるためには、可能な限り高温・高圧での測定が可能な測定系を構築することが重要となる。このため、高圧動的光散乱（DLS）装置のアップグレードを並行して行った。具体的には、高圧下でもインナーセルを安定して固定できるセルホルダの整備、より高温下（~140℃）での測定を行うためのセルおよびステージの追加工を行うことにより、高温・高圧下での実験を安定して行うことを可能にした。

离子液体（IL）是一组纯盐但在室温下以液体形式存在的物质，是与溶质形成极其不均匀的溶剂化环境的溶剂。在这个项目中，我们将基于在IL中进行刺激响应相分离的聚合物进行结构研究，并尝试从微溶剂化的角度理解聚合物/IL混合体系的宏观相行为。 2016财年，我们重点研究了在疏水性IL（[C2mIm][TFSA]）中发生较低临界相容温度（LCST）型相分离的聚合物PPhEtMA，并详细研究了其温度和压力响应Ta。今年，我们在前期研究的基础上，对聚合物在离子液体中的相行为进行了更详细的研究。具体来说，我们在PPhEtMA/[C2mIm][TFSA]溶液体系的基础上对聚合物侧链或IL的分子结构进行了各种改变的体系进行了小角中子散射实验和高能X射线衍射实验。进行了分析。结果表明，描述宏观相行为的相互作用参数的温度依赖性根据聚合物侧链和IL的分子结构而不同，并且可以基于微溶剂化结构来系统地解释这些差异。在分子水平上表征聚合物/IL溶液体系的相行为的研究例子很少，这项研究对于设计含有IL作为溶剂的聚合物材料的物理性能极其重要。此外，由于IL在比传统溶剂系统更宽的温度和压力范围内保持液态，为了研究IL溶液系统的压力响应，我们需要一个可以在高温和压力下进行测量的测量系统尽可能地构建是很重要的。为此，高压动态光散射（DLS）设备同步升级。具体来说，我们将开发一种即使在高压下也能稳定固定内部电池的电池支架，并对电池和载物台进行额外的工作，以在更高的温度（~140℃）下进行测量，这使得稳定地进行实验成为可能。