気温で近赤外光透過率を変える遮熱材の開発：温度応答性高分子構造と凝集粒子径の関係

开发根据温度改变近红外光透射率的隔热材料：温度响应聚合物结构与聚集体粒径之间的关系

• 批准号: 22K14370
• 负责人: 中村 彩乃
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14370/
• 关键词: 温度応答性高分子; 遮熱材; ヒドロゲル; 太陽光制御; 省エネルギー

温度応答性高分子であるセルロース由来のヒドロキシプロピルセルロース (HPC)をアクリルアミド(AAm)と架橋剤を用いて合成したヒドロゲル内に埋め込んだHPC/AAmゲルを作製した。なお、HPCのLCSTは40-48℃であるため、塩化カルシウムを加えてLCSTを30℃付近まで低下させた。ここでは分子量の異なるHPCを用いてHPC/AAmゲルを作製した所、LCST以下での日射透過率は分子量に関わらず約85%と高い一方、LCST以上では分子量の小さいHPCを用いたヒドロゲルの日射透過率が約20%まで低下し、日射反射率が増加することが分かった。また、26×30×27 cmの箱(発砲スチロール)にガラス2枚にHPC/AAmゲルを挟み込んだサンプルを設置しハロゲンランプを照射すると、ゲル未使用の場合と比較して箱内温度を10℃下げることに成功した。LCST以上でのHPC/AAmゲル中のHPCの収縮状態を評価するため、蛍光試薬を加えたHPC/AAmゲルを共焦点レーザー顕微鏡で観察した所、HPCの凝集した粒子径は分子量が小さいほどわずかに大きくなることが分かった。これは、分子量の小さいHPCはAAmゲルの骨格に阻害されることなく自由に移動できるためと考えられる。なお、顕微鏡画像から求めた凝集粒子半径rを使い粒径パラメータx（x = 2πr/λ、λ: 波長）を計算すると全てのHPC凝集粒子径においてミー散乱が起こっていることが分かった。更に透過率の違いについて調査するため、HPC/AAmゲルを凍結乾燥したサンプルを用意し、SEM観察すると分子量の大きいHPCを使用したゲルでは多数の大きな細孔が見られたのに対し、分子量の小さいHPCでは細孔が小さく、且つ少ないことが分かった。このことから、HPC/AAmゲル中で形成されるHPCの凝集状態が光の散乱に影響を及ぼしていることが分かった。

Temperature responsive polymers are derived from a polymer matrix (HPC) and are synthesized using a polymer matrix (AAm). The HPC LCST is at 40-48℃ and the LCST is at 30℃. The solar transmittance below LCST is about 85%, while the solar transmittance above LCST is about 20%. 2 pcs HPC/AAm in the 26×30×27 cm box (development room), 2 pcs HPC/AAm in the box (development room), 2 pcs HPC HPC aggregation status above LCST is evaluated using a microscope to detect HPC aggregation with a small molecular weight. The molecular weight of HPC is small, and the molecular weight of HPC is small. The aggregate particle radius r is calculated from the micro-mirror image, and the particle diameter is calculated from the particle diameter x (x = 2πr/λ, λ: wavelength). In addition, the transmittance of the medium is investigated, HPC/AAm must be freeze-dried, SEM must be observed, and the molecular weight of the medium HPC must be used. However, most of the large pores are found in the medium HPC, and the molecular weight of the medium HPC is small and small. The aggregate state of HPC in the formation of HPC/AAm is influenced by the scattering of light and the separation of HPC/AAm.

项目成果

温度応答性高分子を用いた機能性ハイドロゲルへの応用

温度响应性聚合物在功能性水凝胶中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: エ ルドンオチル;畑中 重光;涌井将貴，伊山潤;中村彩乃
• 通讯作者: 中村彩乃