新規高温蓄熱振盪ゲルの開発

本研究ではナノシリカ粒子を分子量の大きなポリエチレングリコール(PEG)の水溶液に加え分散させた混合系は振盪によりゲル化し、その後静置するとゾルに戻る「振盪ゲル」において、ゲル状態を長時間維持し新規保温材として開発することを目指している。平均分子量400万のPEGを用いることである程度ゲル状態を長くすることができていたが、今回従来用いていた粒径11 nmのシリカに代わり、18 nmのものを用いることで大幅にゲル状態を長時間保つことができることを見出した。具体的に40℃においてPEG 0.2 wt%、シリカ15 wt%の組成では、粒径11 nmの試料が100秒程度でゾルに戻ったのに対し、粒径18 nmのものでは2時間以上ゲル状態を維持した。振盪ゲルは静置した際に熱運動で分子鎖が脱着することでゾル状態に戻るが、シリカ粒径が大きくなると粒子1個当たりの表面積も大きくなり、PEG分子鎖が吸着可能な点も増える。複数のPEG分子鎖が1個の粒子に吸着した後、そのほとんどが同時に脱着して三次元網目が消失するためには分子鎖の数が増えるほど時間を要すると予想され、これが長時間ゲル状態を維持した要因と考えられる。さらにこの試料を加熱後に恒温槽で冷却しつつ温度を測定したところ、ゲル化させた試料はより長時間高温を維持した。昨年度の11 nmシリカを用いた試料では、ゲル化させた方がゾルに戻る際に流動が発生して逆に短時間で温度が低下したが、18 nmシリカによりこの問題を解決することができた。一方、ゲルを形成する高分子として知られる4本の分枝構造を持つtetra-PEGを添加した場合では、逆にゲル状態を保つ時間が短くなった。これは分子量の小さな直鎖PEGを加えた場合と同様であったことから、tetra-PEGによる三次元網目の形成効果は小さいと言える。

本研究ではナノシリカ粒子を分子量の大きなポリエチレングリコール(PEG)の水溶液に加え分散させた混合系は振盪によりゲル化し、その後静置するとゾルに戻る「振盪ゲル」において、ゲル状態を長時間維持し新規保温材として開発することを目指している。平均分子量400万のPEGを用いることである程度ゲル状態を長くすることができていたが、今回従来用いていた粒径11 nmのシリカに代わり、18 nmのものを用いることで大幅にゲル状態を長時間保つことができることを見出した。具体的に40℃においてPEG 0.2 wt%、シリカ15 wt%の組成では、粒径11 nmの試料が100秒程度でゾルに戻ったのに対し、粒径18 nmのものでは2時間以上ゲル状態を維持した。振盪ゲルは静置した際に熱運動で分子鎖が脱着することでゾル状態に戻るが、シリカ粒径が大きくなると粒子1個当たりの表面積も大きくなり、PEG分子鎖が吸着可能な点も増える。複数のPEG分子鎖が1個の粒子に吸着した後、そのほとんどが同時に脱着して三次元網目が消失するためには分子鎖の数が増えるほど時間を要すると予想され、これが長時間ゲル状態を維持した要因と考えられる。さらにこの試料を加熱後に恒温槽で冷却しつつ温度を測定したところ、ゲル化させた試料はより長時間高温を維持した。昨年度の11 nmシリカを用いた試料では、ゲル化させた方がゾルに戻る際に流動が発生して逆に短時間で温度が低下したが、18 nmシリカによりこの問題を解決することができた。一方、ゲルを形成する高分子として知られる4本の分枝構造を持つtetra-PEGを添加した場合では、逆にゲル状態を保つ時間が短くなった。これは分子量の小さな直鎖PEGを加えた場合と同様であったことから、tetra-PEGによる三次元網目の形成効果は小さいと言える。