Controlling hierarchical structure of polymer materials through rapid phase transition within non-equilibrium droplets formed in microspace

通过微空间中形成的非平衡液滴内的快速相变控制聚合物材料的分级结构

基本信息

批准号：
21K04749
负责人：
渡邉貴一
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：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロ流路内を流れる多成分系液滴(例：高分子/良溶媒/共溶媒)の内外で、急激な温度変化や高速な溶媒の移動を誘起すると、液滴内で逐次的な相分離と高分子析出が同時に進行する非平衡状態となり、回分式反応器では形成が困難な鈴型構造や共連続構造などの多彩かつ階層的な相分離構造を有する微粒子が連続的に生成される。しかし、これら階層構造の形成機構や制御方法は未解明である。本研究では、マイクロ流路内の多成分系液滴において、非平衡相転移を誘起する因子を探索し、溶媒拡散の速度や微粒子の固化時間、液滴の粘度変化が微粒子の構造に及ぼす影響を明らかにする。2022年度は、液滴内における非平衡相分離現象を「重合を伴わない実験系」に拡張することを検討した。具体的には、酢酸セルロース微粒子が析出する系に、良溶媒とともに貧溶媒を加えることによって逐次的な相分離が起こるか検証した。この系に貧溶媒としてヘキサデカンと酢酸エチルを加えると、カプセル形成過程において、内部でも微粒子形成が進行し、一般的なカプセル構造だけでなく、多層構造を有するマイクロカプセルも再現性良く得られることを見出した。さらに、この層構造の層数は、初期液滴径が大きいほど多層化しやすく、析出までの時間が短いほど、層数が低下することも観察された。初期組成が同様でも、液滴の固化速度を変更することによって、非平衡構造を制御できることがわかった。また、この現象はバッチ系でも観察されるが、マイクロ流路を使うことによってはじめて精密制御できることも明らかとなった。

当在微通道内流动的多组分液滴（例如聚合物/良好溶剂/蛋白液）内外诱导溶剂的突然变化或高速转移时，这些液滴经过连续的相位分离和聚合物的降水，并同时进行聚合物降水，并具有各种构造构造的构造构造的良好层构造，诸如层次分离的结构构成了分离式结构，这些构造构造了钟形的结构构造的呈钟形构造，这些构造构造了钟形构造的结构构成钟形的构造构造构造的结构构造构造的分离型结构构成了钟形构造的构造构造构造的分离型结构构成钟形的构造构造构造的结构构成了钟形构造的结构，这些构造构造了分离式结构构造的分离型结构。批处理反应堆是连续产生的。但是，尚未阐明形成和控制这些层次结构的机制。在这项研究中，探索了微观通道内多组分液滴中非平衡相变的因素，并探索了溶剂扩散速率的影响，细颗粒的固化时间以及液滴粘度的变化对细颗粒的结构具有。在2022财年，我们考虑了将液滴内的非平衡相分离的现象扩展到“没有聚合的实验系统”。具体而言，可以通过将较差的溶剂与良好的溶剂添加到沉淀纤维素细颗粒的系统中，并通过将差溶剂与良好的溶剂添加和良好的溶剂添加来验证。已经发现，当将十六烷烷和乙酸乙酯添加为该系统的溶剂较差时，胶囊形成过程中形成细颗粒，不仅是一般胶囊结构，而且还可以通过出色的可重复性获得具有多层结构的微胶囊。此外，观察到，随着初始液滴直径较大，该层结构中的层数往往会被多层多层，并且层的数量随着时间的时间降低，直到沉积较短。已经发现，即使初始组成相似，也可以通过改变液滴的固化速率来控制非平衡结构。这种现象也可以在批处理系统中观察到，但是已经揭示了只有使用微流通道才能实现精确的控制。