超臨界CO_2を利用した環境適合性と高機能性を併せ持つ21世紀型多孔構造材料の創製

使用超临界 CO_2 创建兼具环境兼容性和高功能性的 21 世纪多孔结构材料

基本信息

批准号：
13031056
负责人：
松山秀人
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13031056/
关键词：
超臨界流体多孔膜相分離非溶媒環境低負荷プロセス

项目摘要

多孔膜は、従来は主に均一な高分子溶液を非溶媒中に浸漬し、高分子の相容性を低下させ相分離を誘起させるという非溶媒誘起相分離法(nonsolvent induced phase separation)で作製されてきた。ここでは、超臨界CO_2を高分子の非溶媒としてとらえ、超臨界流体誘起により相分離を起こさせる新規な手法により多孔膜の作製を目指した。従来法では、非溶媒として有機溶媒が使われることも多々あったが、本手法では、超臨界CO_2であるため環境低負荷型のプロセスと言える。また、高分子を溶解させていた溶媒も、本プロセスでは超臨界流体中に抽出されるため、超臨界流体の圧力を常圧に戻し気体状にすることで、溶媒の回収が容易に行える。高分子はCellulose acetate(CA)、溶媒はAcetone(AC)、Methyl Acetate(MA)、1,3-Dioxolane(Dila)、2-Butanone(MEK)を用いた。高分子溶液をガラスシャーレに入れ膜生成セルに設置後、超臨界CO_2を専入することにより相分離を誘起させた。すべての溶媒について、構造はspinodal分解によると思われる連続構造であり、孔が相互に連結していた。溶媒がMEK, MA, AC, Dilaの順に、溶媒と臨界CO_2間の親和性が低下するが、この順に膜の多孔度や孔径は一様に増加することがわかった。溶媒にMEKを用いた場合に作製した膜について、膜透過実験を行った結果、ストークス径が100nm程度の溶質をほぼカットできることがわかった。マイクロセルラー発泡プロセスでは多孔構造体は形成されるものの、孔が孤立化してしまい、分離膜としての利用は困難であった。本研究のような超臨界CO_2を高分子の非溶媒として用いる手法により、分離に用いることのできる多孔膜の作製が可能であることが明らかとなった。

传统上，多孔膜是通过非溶剂诱导的相分离来制造的，其中均匀的聚合物溶液浸入了无害的溶液中，以降低聚合物的兼容性并诱导相分离。在这里，我们将超临界CO_2视为非溶剂聚合物，旨在通过使用一种新方法来构建多孔膜，在这种方法中，相位分离通过诱导超临界流体而实现。在常规方法中，有机溶剂通常被用作非溶剂，但是在这种方法中，由于它是超临界CO_2，因此可以说是一个低负载的环境过程。此外，在此过程中将聚合物溶解的溶剂提取到超临界流体中，从而使超临界流体的压力恢复到正常压力并变成气体，从而使溶剂易于回收。乙酸纤维素（Ca）用作聚合物，丙酮（AC），乙酸甲酯（MA），1,3-二氧烷（DILA）和2-丁酮（MEK）用作溶剂。将聚合物溶液放在膜产生细胞中的玻璃培养皿中后，使用超临界CO_2诱导相分离。对于所有溶剂，该结构都是连续的结构，似乎是由于旋转分解而引起的，孔相互连接。发现溶剂和临界CO_2之间的亲和力按MEK，MA，AC和DILA的顺序降低，但是膜的孔隙率和孔径均匀地增加了。当将MEK用作溶剂时，在制备的膜上进行了膜渗透实验，发现几乎可以切割具有大约100 nm的Stokes直径的溶质。尽管微细胞泡沫过程形成了多孔结构，但孔变得孤立，因此很难用作分离膜。如本研究中的那样，可以通过使用超临界CO_2作为非溶剂来产生可用于分离的多孔膜。