11/14 ナノカーボン/ナノ粒子への表面グラフト化による 機能付与および分散性制御技術

新潟大学　自然科学系教育研究院　名誉教授／高分子学会フェロー　工学博士　坪川 紀夫　氏

専門：高分子合成、ナノ粒子表面改質、ナノカーボン材料、複合材料設計

　カーボンナノチューブやグラフェンなどのナノカーボン、及びシリカなどのナノ粒子表面へのポリマーのグラフト化反応の方法論についてまとめる。ついで、いくつかの具体例をあげて、ナノ粒子表面へ導入した官能基をベースとするポリマーグラフトナノ粒子の合成例や実験方法の実際と、その表面評価技術について解説する。また、ナノ粒子表面への抗菌性ポリマーのグラフト化や生物忌避性物質などの固定化によるナノ粒子表面への多彩な機能付与について述べる。炭素材料表面へのナノカーボンの固定化とその新規材料としての可能性や、表面グラフト化によるナノ粒子の分散制御技術についても解説する。さらに、ナノ粒子グラフト化技術のセルロースナノファイバーやセルロースナノクリスタルの表面疎水化への応用についても述べる。

１．はじめに
　1.1 なぜ、グラフト化？
　1.2 ナノカーボンとナノ粒子の特徴
　　1.2.1 カーボンブラック
　　1.2.2 カーボンナノチューブ
　　1.2.3 炭素繊維、気相生長炭素繊維
　　1.2.4 フラーレン
　　1.2.5 グラフェンと酸化グラフェン
　　1.2.6 シリカナノ粒子
　1.3 セルロースナノファイバーとセルロースナノクリスタルの特徴
 
２．グラフト化の方法論〜育毛法と植毛法
 
３．表面から毛（ポリマー）を伸ばす〜育毛法
　3.1 ラジカル重合、リビングラジカル重合
　3.2 イオン重合
　3.3 デンドリマー合成法の応用
 
４．毛（ポリマー）を植え付ける〜植毛法
　4.1 表面官能基の利用
　　4.1.1 表面官能基と末端反応性ポリマーとの反応
　　4.1.2 リビングポリマーとの反応
　　4.1.3 ポリビニルオキサゾリンの利用
　　4.1.4 シランカップリング剤の利用
　4.2 グラフト反応の起点としてのナノカーボンの芳香族環（グラフェン構造）
   　4.2.1 芳香族環の反応性〜酸化処理による官能基導入
   　4.2.2 ナノカーボンはラジカルを捕捉する〜ラジカル捕捉能の利用
   　4.2.3 芳香族環とフェロセンとの配位子交換反応の利用
   　4.2.4 π-π相互作用の利用
 
５．炭素材料表面へのナノ粒子の固定化
　5.1 配位子交換反応の利用
　　5.1.1 炭素材料表面へのナノカーボンの固定化
　　5.1.2 炭素材料表面へのナノシリカの固定化
　5.2 ポリビニルオキサゾリンの利用
 
６．環境負荷の少ないグラフト反応〜大量合成を目指して
　6.1 溶媒を用いない乾式系における大量合成
　6.2 イオン液体を用いるグラフト重合
 
７．ナノ粒子表面グラフト鎖の評価技術
　7.1 グラフト率の評価
　7.2 表面分析機器による評価法
　7.3 熱分解GC-MSによる評価法
 
８．ポリマーグラフトナノ粒子の分散性
　8.1 表面ぬれ性の制御
　8.2 グラフト鎖による分散性制御
　8.3 分散性を生かしたポリマーグラフトナノ粒子の応用展開
 
９．分散性を付与したナノ粒子の応用展開
 
１０．ナノ粒子表面への機能物質の固定化
　10.1 機能物質の固定化の意義
　10.2 生体親和性の付与
　10.3 生物忌避性の付与
　10.4 抗菌・防かび性の付与
　10.5 難燃性の付与
　10.6 その他
 
１１．機能物質をインターカレートした層間化合物の利用
　11.1 安全で安心なフィラー〜添加剤の溶出とブルーミングの抑制
　11.2 インターカレーションとは？〜層間に機能物質を挟み込む
　11.3 リン系難燃剤のインターカレーション
　11.4 酸化防止剤のインターカレーション
　11.5 カプサイシンのインターカレーション〜安全で安心な船底塗料
 
１２．セルロースナノファーバー（CNF）やセルロースナノクリスタル（CNC）へのグラフト化の応用展開
　12.1 CNFとCNC表面官能基変換
　12.2 TEMPO酸化CNF(TOCN)表面グラフト化
　12.3 CNCの表面グラフト化
　12.4 CNFとCNCへの機能付与　
 
１３．おわりに

　□質疑応答□

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