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产综研开发出可用于水、有机溶媒和离子溶液的凝胶化剂
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产综研开发出可用于水、有机溶媒和离子溶液的凝胶化剂 DATE 2007/06/04 【日经BP社报道】 产业技术综合研究所（产综研）开发出仅用少量就可以使水、有机溶媒以及离子溶液发生凝胶化的有机电解质低聚物（Oligomer）。该材料可作为电池、电容器的电解质使用。此外，新开发的凝胶化剂还使本来不溶于水的单壁碳纳米管（SWNT）发生溶解，能够作为与SWNT组合起来的碳结构材料。 以寒天和明胶为代表的天然凝胶因其机械及化学性质被应用于各个领域，但它又有在酸性条件下分解、当受到机械外力产生损伤时要花较长时间才能恢复凝胶状态、不溶于离子溶液等缺点。虽然目前也在开发消除这些缺点、融合天然凝胶长处的合成凝胶，但由于合成需要很多工序，所以不适合大量生产。 产综研着眼于一般凝胶化的机理——“当给分子配上氢键或者静电作用这样较弱作用的官能团时，这些分子将形成结合体，同时吸收周围的溶媒发生凝固”，研发出了在分子内部导入氢键、π-π相互作用、静电作用部位的“有机电解质低聚物”的简易合成方法，还发现了以及不只是使水、还能使有机溶媒与离子溶液也发生凝胶化的原理。 在此次的研究开发中，产综研所采用的物质为4-氨基吡啶（4 - Aminopyridine）和4-氯甲基苯甲酰氯（4-Chloromethyl Benzoyl Chloride），均为低价位的市售品。在有机盐基（三乙胺，Triethyl Amine等）存在的情况下，使两物质在有机溶媒中反应，首先发生酰胺化，然后分子间发生自聚合反应（图1）。这样就可以得到具有电解质结构的有机电解质低聚物（图2）。这种有机电解质低聚物只需过滤溶媒中析出的粉末即可得到，不需要特殊的精制方法。 图1 反应式 图2 所得到的有机电解质低聚物的粉末 通过测定此有机电解质低聚物的分子量发现，它由3～30个有机电解质单分子连接而成。把粉末加至水中形成浓度1％的溶液，加热溶解后，只需置于室内便可生成水凝胶（Hydrogel）（图3）。如前所述，天然凝胶在酸性环境中不能生成水凝胶，但如果使用新开发的有机电解质低聚物，就可以使酸性达pH1的酸性水溶液（盐酸溶液、磷酸溶液等）也发生凝胶化。并且，由中性的水中所生成的凝胶即使因机械外力结构遭到破坏，撤消外力后凝胶仍又恢复。 图3 所得到的水凝胶（有机电解质低聚物的浓度为1％） 此次所合成的有机电解质低聚物的阴离子为氯（Cl）离子，但还可以很容易将其换成其他的阴离子。通过变换阴离子，不只是水，各种有机溶媒以及离子溶液也可发生凝胶化（图4）。离子溶液的离子导电性与粘性有密切的关系，一般说来，粘度越高，离子导电性越低。但通过此次的有机电解质低聚物所得到的离子溶液凝胶（离子凝胶）的离子导电性不受粘度上升影响，与凝胶化前相比几乎毫无两样。 此外，将此有机电解质低聚物和SWNT加到水中时，有机电解质低聚物将发挥分散剂的作用，使SWNT在水中孤立分散。通过对SWNT分散水溶液应用流延法（Cast）和旋压覆盖法（Spin Coat），除了可以使SWNT的壁变薄外，还可通过使SWNT分散到水溶液中的有机电解质低聚物浓度的升高来制作SWNT孤立分散的水凝胶（图5）。 产综研计划今后确立可以由该有机电解质低聚物生成水凝胶与离子凝胶的具体应用实例。比如，水凝胶方面，将发展酸性废液处理用的固化剂与冲击吸收剂等用途；离子凝胶方面，从可维持离子导电性出发，将发展色素增感型太阳能电池以及电气双层电容器的电解层等用途。另外，还将探讨面向SWNT的分离·精制以及应用于包括SWNT在内的结构材料的可能性。（记者：高野敦） ■日文原文 産総研，水や有機溶媒 イオン液体に使えるゲル化剤を開発---電池電解質や炭素構造材料など幅広い用途に |
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