Improved resilience and novel functions of low-density porous materials via cross-scale structural control

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低密度かつ階層的に多孔構造の制御された有機無機ハイブリッドゲルを作製するために、界面活性剤との協奏的メソ孔形成と、ゾル－ゲル転移に並行する広義のマクロ相分離を利用することを目的とした。シリカおよび架橋シルセスキオキサン系低密度ゲルの作製を基盤として、架橋ポリシルセスキオキサン系におけるマクロ孔構造の制御、特にメソ孔を内包する棒状骨格が連結した構造の階層的多孔構造の作製を行った。界面活性剤として非イオン性のPluronic P123を用いた。TMOSおよびBTMEのゾル－ゲル反応系において、P123を用いたミセル鋳型法と相分離法を組み合わせることで、２次元ヘキサゴナル配列を有するメソ多孔構造を反映した棒状のゲル骨格が生成し、それらが３次元的に相互連結したマクロ孔構造を有するシリカゲルおよびPSQゲルを作製することができた。出発組成を調整することで、シリカ・PSQ両方の試料において、ほぼ同じバルク密度（0.16～0.17 g cm-3）の多孔質モノリスを得ることができた。また、尿素処理を施すことにより架橋密度が増加する一方、マクロ孔構造はほとんど変化しないことを確認した。TG-DTA分析の結果、シリカゲルおよびPSQゲルの両方の試料で170 ℃付近でP123の燃焼による重量減少が見られたことから、共に３次元架橋ネットワークと線状高分子P123の複合体であることが確認された。また、重量減少量から推定されたP123の含有量から、尿素処理を行うことでP123の含有量が減少しており、高温における溶液処理によりP123の溶出が起こったことが示唆された。この結果から、シリカもしくはPSQと水素結合していたP123が高温で外れ、露出したシラノ―ル基が縮合して架橋密度が増大したと考えられる。