剛直可溶性ポリイミドの溶液結晶化機構の解明と高熱伝導絶縁性ナノファイバーへの応用

刚性可溶性聚酰亚胺溶液结晶机理的阐明及其在高导热绝缘纳米纤维中的应用

基本信息

批准号：
22K05240
负责人：
内田哲也
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okayama University
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 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

これまで申請者は分子鎖が折れ曲がることのできない剛直高分子の希薄溶液からの結晶化を検討し、剛直高分子の溶液結晶化の特徴を明らかにしてきた。また得られた知見を高性能ナノ材料の作製に活用し、剛直高分子の溶液結晶化を利用した高性能ナノファイバー(NF)の作製と複合体への応用も検討してきた。一方、剛直ポリイミド(PI)は高性能材料として幅広く利用されているが、結晶性の剛直PIは溶媒に溶解しないため、溶液結晶化機構は検討されてなかった。本研究では①可溶性結晶性の剛直PIを用いて希薄溶液からの結晶化を行い、各種顕微鏡による形態観察等により結晶化機構を解明する。②可溶性結晶性剛直PIは側鎖に嵩高い置換基を有するため、側鎖の嵩高さが剛直高分子の結晶化に及ぼす影響を明らかにする。③得られた知見を活かし溶液結晶化によりPI NFが形成する機構を解明するとともに、効率的なPI NFの作製方法を確立する。④PI NFを用いて複合体を作製し、高性能複合材料への応用を検討する。得られた結果をこれまでの剛直高分子の溶液結晶化に関する知見と合わせて検討することにより、系統的な学問的解釈が可能となる。また、溶液結晶化を用いた独自の方法で得られるPI NFは高耐熱性、高熱伝導性、低誘電率、絶縁性が予想され、PI NF積層シートとしての利用や複合体のフィラーとしての利用など産業的に大きな波及効果をもたらす。今年度は可溶性結晶性の剛直PIを用いて溶液からの結晶化を行い、PINFを作製した。また得られたPINFを熱処理することにより、高結晶性のPINFを作製した。得られた高結晶性PINFをX線回折および各種顕微鏡により解析し、結晶単位胞を明らかにするとともにPINF中でのPI分子鎖の充填様式を明らかにした。

迄今为止，申请人已经研究了稀溶液中分子链不能弯曲的刚性聚合物的结晶，并阐明了刚性聚合物溶液结晶的特征。我们还将所获得的知识应用于高性能纳米材料的生产，并研究了使用刚性聚合物溶液结晶生产高性能纳米纤维（NF）及其在复合材料中的应用。另一方面，刚性聚酰亚胺（PI）作为高性能材料被广泛应用，但由于结晶刚性PI不溶于溶剂，其溶液结晶机制尚未被研究。在本研究中，1）我们将从稀溶液中结晶出可溶性结晶刚性PI，并通过使用各种显微镜的形态观察来阐明结晶机制。 ② 由于可溶性结晶刚性PI在侧链上具有体积大的取代基，因此我们将阐明侧链体积大对刚性聚合物结晶的影响。 ③ 利用所获得的知识，我们将阐明通过溶液结晶形成PI NF的机理，并建立一种有效的生产PI NF的方法。 ④ 使用PI NF创建复合材料并考虑其在高性能复合材料中的应用。通过将所获得的结果与刚性聚合物溶液结晶的先前知识结合起来，系统的学术解释成为可能。此外，采用溶液结晶的独特方法获得的PI NF有望具有高耐热性、高导热性、低介电常数和绝缘性能，可用作PI NF层压板或作为复合材料的填料。这将产生重大的工业连锁反应。今年，我们通过使用可溶性结晶刚性 PI 从溶液中结晶来制备 PINF。另外，通过对所得到的PINF进行热处理来制造高结晶性的PINF。利用X射线衍射和各种显微镜对获得的高度结晶的PINF进行分析，以阐明PINF中的晶胞和PI分子链的堆积模式。