高分子膜に対する超臨界CO_2流体の拡散機構及び溶解性に関する研究

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本研究では、水晶発振子を利用した気体収着測定装置(QCM収着測定装置)を開発し、ガラス状高分子であるポリ2,6-ジメチル1,4-フェニレンオキサイド(PPO)に対する各種気体の収着等温曲線を比較的高圧まで測定した。この装置は従来の精密電子天秤を用いた気体収着測定装置に比べ、耐圧容器の容積を小さくできること及び極く少量(約30μg程度)の試料で測定可能なこと、浮力補正が必要ないことなどの利点がある。まず、同様の条件で調整されたPPO膜の25℃におけるCO_2収着等温曲線を従来法及びQCM法で測定した。得られたデータは測定法による違いがほとんど認められず、高分子への気体収着挙動をQCMを用いて測定可能であることが確認された。また、25℃でO_2及びN_2についてPPOへの収着測定を高圧(100気圧位)までそれぞれ行ったところ、全測定圧力範囲でガラス状高分子への気体収着挙動を説明する二元収着モデルによく従っていることが分かった。一方、25℃でCO_2についてPPOへの収着測定を行った結果、50気圧付近で圧力軸に対して凹形からほぼ直線状に変化する収着等温曲線が得られた。これはPPOのガラス転移点であると考えられ、QCM収着測定装置によってPPOのCO_2収着に伴う可塑化現象が観察可能となった。また、O_2、N_2では100気圧でも充分測定可能であるのに対し、CO_2では25℃での測定において60気圧を越えると水晶発振子が正常に発振せずCO_2収着量を計測することは不可能であった。これはCO_2に特有な現象であり、この原因の一つにはCO_2の液化が挙げられる。そこでCO_2の臨界温度より高い50℃において測定を行った。その結果、CO_2が超臨界状態になる圧力(70-80気圧)付近以上で収着特性に変化が見られた。今後、臨界圧以上における収着データの再現性の検討も含め、CO_2の状態を考慮して収着・溶解機構を解明していく予定である。あわせて比較的高圧までの透過係数を測定できる装置を開発し、拡散性についてもデータを取得して議論する予定である。