Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

スーパーエンジニアリングプラスチック / ナノファイバー / 複合材料 / 耐熱性 / 表面改質

本研究では、ポリマー材料の中でも高耐熱性かつ高強度であるスーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）に着目し、そのナノファイバー化に向けた基盤研究を実施している。具体的な研究内容は、耐熱温度が高く、ナノファイバー直径が小さく、弾性率が高いスーパーエンプラナノファイバー（SEnF）を作製することである。
当該年度では、昨年度に引き続き、スーパーエンプラの１つであるポリエーテルエーテルケトン（PEEK）に着目し、PEEKからスルホン化PEEK（SPEEK）への化学改質、エレクトロスピニング（ES）法によるSPEEKのナノファイバー化、SPEEKからPEEKナノファイバーへの脱スルホン化、の3つのステップで、PEEKもしくはその誘導体のナノファイバー化を試みた。
はじめに、PEEKを濃硫酸中で加熱撹拌することで、PEEKからSPEEKへの化学改質を施した。加熱攪拌において、温度、時間を適切に制御することで、スルホン化度を制御できた。その結果として、スルホン化度を制御したSPEEKは、汎用性溶媒に溶解することがわかった。
つづいて、汎用性溶媒を用いてSPEEKのナノファイバー化を実施した。ジメチルホルムアミド（DMF）にSPEEKを溶解したSPEEK/DMF溶液を用いて、ES法によるナノファイバー化に取り組んだ結果、平均直径で約30 nmのSPEEKナノファイバーが得られた。
最後に、リン酸中で加熱処理することで、SPEEKからPEEKナノファイバーを再生（脱スルホン化）した。脱スルホン化により、スルホン化度が約20%減少し、熱重量減少温度が約80℃向上したことから、部分的にではあるがPEEKナノファイバーが出来ていることがわかった。
以上より、スーパーエンプラの１つであるPEEKおよびその誘導体のSPEEKにおいて、平均直径400 nm以下のナノファイバーを作製できた。

複合材料 / ナノセルロース / 表面改質 / TEMPO酸化 / ナノファイバー

セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）と汎用疎水性高分子（ポリスチレンおよびポリメチルメタクリレート）の均一複合化手法を開発し、力学物性および熱機械物性について調べた。幅3 nmのＣＮＦが高分子と均一に複合化されることで、得られるＣＮＦ/高分子複合材料は高い透明性を示した。また、ＣＮＦ添加量に伴って材料のヤング率、強度および熱寸法安定性が向上した。本成果は、今後のCNF/高分子複合材料の基礎的知見として、実用化における材料設計に役立つと期待できる。

ナノファイバ / 光グラフト重合 / 表面改質 / 親水性 / 生体適合性 / 医療用材料 / ステント / 複合材料 / 医療用ポリマ / ステントグラフト / ポリマー / ナノファイバー / 親水化 / 高機能化 / グラフト重合 / コンポジット

本研究では，当研究室のこれまでの研究成果である「ナノファイバー」、「紫外線照射による光グラフト重合法」、「機能性評価」に関する知見の融合を試み，光グラフト重合法による表面改質を用いた新規機能性ナノファイバーの創製を試みた．その結果，汎用性の高いポリマーを使ったナノファイバー作製に成功した．また，伸縮性と高い弾性率からさまざまな用途に使われているポリウレタンをナノファイバー化し，アクリル酸の光グラフト重合により親水化させた．さらに，ポリウレタンナノファイバーへの高生体適合性ポリマーの光グラフト重合も行い，ナノファイバーに抗血栓性を付与し，血液接触型医療器具への応用可能性を高めることができた．

ナノファイバ / ポリマ / 複合材料 / エレクトロスピニング / 生分解 / 高機能性 / ポリマー / ファイバー / 力学物性 / 均一分散 / コンポジット / ナノビーズ・ファイバー

本研究では、ナノ・マイクロスケールの長繊維をうまく分散させた複合材料作製のための新しい手法を確立すること、および、その確立した新規手法を利用して新しい高機能性複合材料を作製することを目的とした。具体的には、エレクトロスピニング法を用いて、液体性状を有するポリマーやポリマー溶液に対してナノファイバーを噴射することで、母材となるポリマー内に作製したナノファイバーを分散させて複合化する新たな手法を確立した。また、本手法を用いて、生分解性ポリマーを母材とした高弾性率・高耐熱性を有する高機能複合材料を作製した。

金属基複合材料 / カーボンナノファイバー(CNF) / 金属被覆 / アルミ合金 / 浸透法 / CNF / Al / 界面組織 / 濡れ性 / カーボンナノファイバー / 金属コーティング / アルミニュウム / 複合材料 / 材料工学 / 複合材料・物性 / 分散強化 / コーティング / ナノファイバー

カーボンナノファイバー(CNF)強化複合材料を新東宝で作成するために、まずCNF表面への金属のコーティングを行った。その後コーティングしたCNFのプリフォームを用いて、濡れ性を測定した。さらにプリフォームを用いたアルミの浸透実験を行った。まずコーティングであるが、AlをCNF表面に触媒を用いてコーティングした結果、表面に約5-10nmの厚さで均一なAlのコーティング膜が形成されていた。分析の結果表面はα-Al2O3が少し形成されていた。この他、Mg,Cu,Niのコーティングを試みたところ、CNF表面にコーティングされていることが確認された。プリフォームを作成して、濡れ性を測定した結果、Alコーティングのみの場合には、接触角が174°(以前のデータ)と大きくて測定に失敗したが、コーティングAl層をN_2ガス雰囲気で熱処理して、AlNとしたところ、145°であった。また表面にNiをコーティングした後、測定したところ、125°程度まで減少することがわかった。アルミの浸透実験ではN2雰囲気でCNFのプリいフォーム中にAlが浸透する条件をプリフォーム形成条件、Mgの量、N2ガス量などを変えて検討した結果、プリフォーム中の空孔量の最も多い条件、Mg/Al=0.3,N_2ガス量1000ml/min浸入深さが最大で、プリフォーム厚さ(5mm)の2/3に達することがわかった。なおCNFの体積含有率は15%であり、高含有率の複合材料が出来る可能性を見出した。さらに半凝固状態のAl溶湯にCuをコーティングしたCNFを投入して、複合材料を作成できた。

【研究分担者】
前田知貴	茨城大学	フロンティア応用原子科学研究センター	助教	(Kakenデータベース)
黒川成貴	慶應義塾大学	理工学部(矢上)	助教	(Kakenデータベース)