【研究分野】岩石・鉱物・鉱床学

【研究領域課題番号】17340160 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

無機高分子 / イモゴライト / スメクタイト / 層状珪酸塩 / 積層不整 / 高分解能電子顕微鏡 / 脱水酸基化 / 菊池パターン / ナノシート / 高分解能電子顕微鏡法 / 2:1層 / 雲母 / ナノチューブ / NMR / CCDカメラ / 電子回折 / 原子間力顕微鏡

【研究成果の概要】

常温常圧に近く,また酸化雰囲気で水に豊富な地球表層では,一般的な鉱物のような3次元周期性を持たない無機物質が多く形成される,これらの物質は非常に微細であり,無機高分子とも呼べるような存在であるが,その構造や集合組織は,そのナノレベルのサイズや構造の非周期性ゆえに未だ明らかになっていない点が多い.本研究ではこのような範疇に入る物質としてイモゴライトやスメクタイト,さらに積層不整の著しい層状珪酸塩を取り上げ,その解析手法を確立するとともに,未知な構造の解明を目指した.
天然のナノチューブと呼べるイモゴライトの構造は,主にその電子回折パターンを用いて解析を進めたが,回折強度全体を完全に説明できるモデルを未だ見つけることができず,今後も研究を継続していく.一方イモゴライトの合成条件に関する研究は産総研の鈴木により,いくつかの新しい知見を得ることができた.この結果はイモゴライトの効率的な合成条件の確立に大きく寄与するものである.またスメクタイトに代表されるような層状珪酸塩の2:1層については,特に八面体サイトの1/3が空になった二八面体型構造のバリエーションについての研究を進め,ある種の雲母を高温で脱水酸基化すると今まで無かったまったく新しい層状珪酸塩の構造が現れることを見出した.さらに積層不整の著しいカオリン鉱物,葉ろう石,滑石,緑泥石など様々な層状珪酸塩の積層欠陥の本質を,世界でトップレベルの高分解能電子顕微鏡法,さらにその結果と粉末X線回折のシミュレーションを組み合わせることにより,次々に明らかにした.また電子回折における菊池パターンを利用した積層構造の評価法,微細な結晶性物質の結晶方位や形態の解析法などの新しい手法,高分解能電子顕微鏡像の画像処理法等を確立し,論文・発表等で公表した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】16,060千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 660千円)

【研究分野】高分子・繊維材料

【研究領域課題番号】15205028 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イモゴライト / in situ合成 / 生分解性ポリウレタン / マトリクス高分子 / ポリ乳酸 / 界面相互作用 / ナノハイブリッド / 結晶化 / ナノチューブ / ゲル / ポリエチレングリコール / ナノフィラー / ポリビニルアルコール / 環境調和型

【研究成果の概要】

火山灰土に含まれるアルミニウムシリケートナノファイバー"イモゴライト"と種々のマトリクス高分子を用いて、ハイブリッド材料の構築を検討した。また新規ハイブリッド材料を指向した環境適合型高分子の合成を検討した。
1.環境負荷の少ない高分子であるポリビニルアルコール(PVA)を用い、ポリマー溶液中でイモゴライトをin situ重合することで、イモゴライトが均一に分散したポリマーハイブリッドが得られた。このハイブリッドフィルムは高い透明性を維持したまた力学物性の向上が確認された。
2.リン酸基を有するタンパク質であるペプシンとイモゴライトとの複合化により、ハイブリッドゲルを調製した。ハイブリッドゲル中においてもペプシンは変性せず均一に分散し、繰返し反応を行った際も安定な酵素活性を示した。
3.ポリ乳酸とオクタデシルリン酸およびドデシルリン酸修飾イモゴライトのブレンドを行い、その凝集構造と物性を検討した。いずれの表面修飾剤も結晶化の促進する効果が見出された。最終的には鎖長の短いドデシルリン酸が結晶化を顕著に促進することを見出した。またOPA修飾イモゴライト添加ポリ乳酸で力学物性の向上ならびに400℃での重量減少時間の延長を見出した。
4.生体由来および生分解性の原料を用いて、力学特性に優れた生分解性セグメント化ポリウレタン、セグメント化ポリウレタンウレアの調製に成功した。また生体由来の原料から合成した生分解性ポリウレタンウレアとポリ乳酸のブレンドによるPLAの脆性の改善について検討を行い、PLA中でのポリウレタンウレアの相分離を明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2003 - 2006

【配分額】50,570千円 (直接経費: 38,900千円、間接経費: 11,670千円)