高温・高圧印加によるナノ多孔性ポリイミドの凝集構造解明と物性制御

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高分子主鎖の分子充填度（あるいは自由体積分率）および分子配向度は、微多孔質ポリマーの物理的特性、特にガス分離膜応用の重要なパラメータである。本研究では、固有微多孔(Intrinsic MIcroporosity)を有する数種のトレガース塩基（TB）に由来するポリイミド（PI）とポリイミド共重合体（co-PI）を合成し，それらの膜の分子充填率および分子配向度を光学的測定および面外熱拡散率から詳細に調査した。TB由来PI/co-PIは、波長1310nmにおいて低い平均屈折率（1.529～1.606）と低～中程度の複屈折（0.019～0.048）を示し、また極めて低い熱拡散率（6.2～8.5×10^-8 m2/s）を示した。膜内の自由体積分率（Vf）は，伝統的な密度測定ではなく，Lorentz-Lorenz方程式に基づき実測の屈折率と半経験的AM1計算から得られた分子分極率から推定した。TBベースPI/co-PI膜で評価されたVfは、0.192～0.218の範囲であり，従来の耐熱性ポリマーに比べ優位に大きく，さらに屈折率測定に基づく誘電率(ε)は2.90よりも小さく含フッ素ポリマーに近い。これらの優れた特性は，TB由来PI/co-PIの分子充填率および分子鎖の配向パラメータに基づいて説明することができ、TB由来PI/co-PIが将来の半導体用途および光学用途の新規機能材料として有望であることを示している。