高分子の高次構造制御による機能集積型ナノ反応場の創出

本研究課題は、ミクロ相分離によりナノシリンダーアレイを形成する液晶性ブロック共重合体(LCBCPs)薄膜に機能基を集積し、透過型の触媒膜を開発することを目的とし提案された。当初の目的である透水膜の触媒化には至らなかったものの、実用化に向けた要素技術の確立と、申請時には思い至らなかった高分子液晶の本質ともいえる現象を発見した。当初の目的である透過型の触媒膜を目指す上でまず、①欠陥のない、透水経路がナノシリンダーにより確実に規定された透水膜を、大面積製膜するプロセスの確立が必須であった。更に、シリンダー経路上の任意位置に、任意機能基を組み込む技術を開発することが、ナノシリンダーの高度リアクター化に必須である。②膜内部で、膜を構成する任意高分子鎖の座標を指定する技術の確立はこれまでに報告例がなく、これについても試みた。以下にそれぞれについて述べる。①一般に限外濾過膜と呼ばれる、孔径分布20~250 nm程度の市販のポリスルフォン（PSf）多孔膜を支持膜とし、この上に直径10±1 nmの垂直シリンダーを形成する液晶性ブロック共重合体を直接塗工することを狙った。予め多孔膜上に粘調なアルギン酸ナトリウム(AlgNa)水溶液を塗工し、多孔質基板の平滑化と、LCBCPの有機キャスト溶液を遮蔽することで、極めて高いサイズ選択性(半径2 nm粒子は100%透過し、半径4 nm粒子は97%阻止)を有する透水膜の連続塗工に成功した。②互いに異なるメソゲン基を有する複数種LCBCPsのブレンド膜において、各LCBCPsの深さ座標を指定し、三次元異方的なミクロ相分離構造の構築を試みた。すなわち、異種LCBCPsのブレンド薄膜を、等方転移温度以上でアニールすると、冷却過程において空気界面から等方転移温度の高い順に液晶相が析出するため、異種スメクチック液晶相を一意配列に積層させることに成功した。

本研究課題は、ミクロ相分離によりナノシリンダーアレイを形成する液晶性ブロック共重合体(LCBCPs)薄膜に機能基を集積し、透過型の触媒膜を開発することを目的とし提案された。当初の目的である透水膜の触媒化には至らなかったものの、実用化に向けた要素技術の確立と、申請時には思い至らなかった高分子液晶の本質ともいえる現象を発見した。当初の目的である透過型の触媒膜を目指す上でまず、①欠陥のない、透水経路がナノシリンダーにより確実に規定された透水膜を、大面積製膜するプロセスの確立が必須であった。更に、シリンダー経路上の任意位置に、任意機能基を組み込む技術を開発することが、ナノシリンダーの高度リアクター化に必須である。②膜内部で、膜を構成する任意高分子鎖の座標を指定する技術の確立はこれまでに報告例がなく、これについても試みた。以下にそれぞれについて述べる。①一般に限外濾過膜と呼ばれる、孔径分布20~250 nm程度の市販のポリスルフォン（PSf）多孔膜を支持膜とし、この上に直径10±1 nmの垂直シリンダーを形成する液晶性ブロック共重合体を直接塗工することを狙った。予め多孔膜上に粘調なアルギン酸ナトリウム(AlgNa)水溶液を塗工し、多孔質基板の平滑化と、LCBCPの有機キャスト溶液を遮蔽することで、極めて高いサイズ選択性(半径2 nm粒子は100%透過し、半径4 nm粒子は97%阻止)を有する透水膜の連続塗工に成功した。②互いに異なるメソゲン基を有する複数種LCBCPsのブレンド膜において、各LCBCPsの深さ座標を指定し、三次元異方的なミクロ相分離構造の構築を試みた。すなわち、異種LCBCPsのブレンド薄膜を、等方転移温度以上でアニールすると、冷却過程において空気界面から等方転移温度の高い順に液晶相が析出するため、異種スメクチック液晶相を一意配列に積層させることに成功した。