Development of highly tough gel containing ionic liquid using structure controlled polymer by precision polymerization

使用结构控制聚合物通过精密聚合开发含有离子液体的高韧性凝胶

• 批准号: 21H01691
• 负责人: 神尾 英治
• 金额: $ 11.4万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01691/
• 关键词: ゲル; イオン液体; 無機/有機相互侵入網目; エネルギー散逸; CO2分離膜; 高強度ゲル; ダブルネットワーク

イオン液体含有高強度ダブルネットワークゲル（DNイオンゲル）の高強度発現に寄与する有機ネットワーク（2ndネットワーク）の影響について、精密重合により合成した架橋性高分子を用いて作製したDNイオンゲルの弾性率に関する理論的検討を実施した。DNイオンゲルの弾性率と膨潤度に関する古典的ゴム弾性理論に基づく検討から、無機ネットワーク由来の弾性率は有機ネットワークの有効架橋密度に依存することが確認された。この結果より、DNイオンゲルでは、高分子ネットワークを介してDNイオンゲル内に分散して存在する無機粒子凝集体に応力が負荷されるため、有機高分子ネットワークの有効架橋密度により無機粒子凝集体への応力負荷割合が変化し、その結果としてDNイオンゲルの弾性率が変化することが示唆された。また、均一なネットワーク構造を有する4分岐鎖ポリエチレングリコールを2ndネットワークとして用いた複合ネットワークイオンゲルの機械的強度に関する検討から、2ndネットワーク構造の均一性は1stネットワーク構造の破壊に伴うエネルギー散逸に大きな影響を及ぼし、2ndネットワーク構造が均一なほどエネルギー散逸量が大きく、イオンゲルがより高強度化されることを示唆する知見を得た。一方で、これまでに作製に成功した高強度イオンゲルについて、その薄膜化とCO2選択透過性能の評価についても検討を行った。その結果、高イオン液体含有率の高強度イオンゲル膜では、シリカナノ粒子を原料とする1stネットワークを有するDNイオンゲル膜と架橋性高分子ネットワークを1stネットワークとする高強度イオンゲル膜のCO2透過係数は、他の高強度イオンゲル膜よりも大きいことが示唆される結果を得た。これは、高強度イオンゲル膜の溶質拡散性やガス透過速度がゲルネットワークの設計により制御できる可能性を示唆する結果である。

イ オ ン liquid containing high strength ダ ブ ル ネ ッ ト ワ ー ク ゲ ル (DN イ オ ン ゲ ル) の 発 に send and high strength す る organic ネ ッ ト ワ ー ク (2 nd ネ ッ ト ワ ー ク) の influence に つ い て, precision overlap に よ り synthetic し た polymer bridging sex を with い て cropping し た DN イ オ ン ゲ ル の 弾 sex rate に masato す beg を 検 る theory be applied し た. DN イ オ ン ゲ ル の 弾 sex rate と swelling capacity に masato す る classic ゴ ム 弾 theory に base づ く 検 please か ら, inorganic ネ ッ ト ワ ー ク origin の 弾 sex rate は organic ネ ッ ト ワ ー ク の is sharper に bridge density dependent す る こ と が confirm さ れ た. こ の results よ り, DN イ オ ン ゲ ル で は, polymer ネ ッ ト ワ ー ク を interface し て DN イ オ ン ゲ ル に dispersed within し て exist す る inorganic particle coagulation collective に が 応 force load さ れ る た め, organic polymer ネ ッ ト ワ ー ク の is sharper bridge density に よ り inorganic particle coagulation collective へ の 応 cutting force load or が - し, そ の results と し て DN イ オ ン ゲ The が elastic rate of the が changes する とが とが indicates された. ま た, uniform な ネ ッ ト ワ ー ク a す を construction る 4 divisions lock ポ リ エ チ レ ン グ リ コ ー ル を 2 nd ネ ッ ト ワ ー ク と し て in い た composite ネ ッ ト ワ ー ク イ オ ン ゲ ル の mechanical strength に masato す る 検 please か ら, 2 nd ネ ッ ト ワ ー ク tectonic の homogeneity は 1 st ネ ッ ト ワ ー ク tectonic の broken 壊 に with う エ ネ ル ギ ー dissipative に き な influence を and ぼ し, 2 nd ネ ッ ト ワ ー ク tectonic が uniform な ほ ど エ ネ ル ギ ー が large amount of dissipative き く, イ オ ン ゲ ル が よ り high strength さ れ る こ と を in stopping す る knowledge を た. Party で, こ れ ま で に cropping に successful し た high-strength イ オ ン ゲ ル に つ い て, そ の film change と の sentaku through the performance evaluation of CO2 価 に つ い て も 検 line for を っ た. そ の results, high イ オ ン の high-strength liquid containing rate イ オ ン ゲ ル membrane で は, シ リ カ ナ ノ particle を materials と す る 1 st ネ ッ ト ワ ー ク を have す る DN イ オ ン ゲ ル membrane と polymer bridging sex ネ ッ ト ワ ー ク を 1 st ネ ッ ト ワ ー ク と す る high-strength イ オ ン ゲ ル membrane through coefficient は の CO2, he の high-strength イ オ ン ゲ ル membrane よ り も The large とが とが とが indicates that される results を get た. こ れ は, high-strength イ オ ン ゲ ル membrane の solute company, divergence や ガ ス through speed が ゲ ル ネ ッ ト ワ ー ク の design に よ り suppression で き を る possibility in stopping す る results で あ る.

项目成果

Development of an ion gel membranecontaining a CO2-philic ionic liquid in interpenetrating semi-csystalline and crosslinkable polymer networks

开发含有互穿半结晶和可交联聚合物网络中亲二氧化碳离子液体的离子凝胶膜

• 发表时间: 2022
• 作者: Shengnan HE;Eiji KAMIO;Jinhui ZHANG;Atsushi MATSUOKA;Keizo NAKAGAWA;Tomohisa YOSHIOKA;Hideto MATSUYAMA
• 通讯作者: Hideto MATSUYAMA

二酸化炭素分離のためのTetra-PEGイオンゲル薄膜の開発

用于二氧化碳分离的Tetra-PEG离子凝胶薄膜的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 瀨川 純平;神尾 英治;松岡 淳;吉岡 朋久;中川 敬三;松山 秀人
• 通讯作者: 松山 秀人

Fundamental investigation on the development of composite membrane with a thin ion gel layer for CO2 separation

• DOI: 10.1016/j.memsci.2022.121032
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Journal of Membrane Science
• 影响因子: 9.5
• 作者: Jinhui Zhang;Eiji Kamio;Atsushi Matsuoka;Keizo Nakagawa;Tomohisa Yoshioka;H. Matsuyama

Tough ion gels composed of coordinatively crosslinked polymer networks using ZIF-8 nanoparticles as multifunctional crosslinkers

由使用 ZIF-8 纳米颗粒作为多功能交联剂的配位交联聚合物网络组成的坚韧离子凝胶

• DOI: 10.1039/d2sm00410k
• 发表时间: 2022
• 期刊: Soft Matter
• 影响因子: 3.4
• 作者: Kamio Eiji;Minakata Masayuki;Nakamura Hinako;Matsuoka Atsushi;Matsuyama Hideto
• 通讯作者: Matsuyama Hideto

高CO2透過性を有するポリジメチルシロキサン膜の開発とCO2分離複合膜の中間層への応用

CO2高透过性聚二甲基硅氧烷膜的研制及其在CO2分离复合膜中间层的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: 室賀 丈;神尾英治;松岡 淳;中川敬三;吉岡朋久;松山秀人
• 通讯作者: 松山秀人