N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレートとメチルメタクリレートとのコポリマーを使う二酸化炭素センサー

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作成： 1997/12/15 斎藤　恭一データ番号　　　：010089 N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレートとメチルメタクリレートとのコポリマーを使う二酸化炭素センサー目的　　　　　　：放射線共重合によるガスセンサー材料の作成放射線の種別　　：ガンマ線放射線源　　　　：⁶⁰Co線源応用分野　　　　：酸性ガスの検出、センサー概要　　　　　　：　ガンマ線照射により、N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEM)とメチルメタクリレート(MMA)とのコポリマーを異なる組成比で作成した。コポリマーへの二酸化炭素の収着をコポリマーでコーティングした4MHz の水晶発振子の周波数変化から測定した。二酸化炭素の収着を二重収着モデル(ヘンリー型およびラングミュア型)を使って解析した。詳細説明　　　　：　　　最近、二酸化炭素、一酸化炭素、酸素などの環境中の気体を検出し、制御する要求が増えている。この研究は、二酸化炭素ガス(CO₂)のセンサーとして、N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート(DMAEM)とメチルメタクリレート(MMA)とのコポリマーを用いる。これまでの研究で、DMAEMとMMAとのコポリマーが応答が速く、安定性が高いので、酢酸用センサー材料に適していることを示した。本研究では、さまざまな組成のDMAEMとMMAとのコポリマーを作成し、水晶振動子マイクロバランス法によって、そのCO₂の収着および脱離性能を調べた。　　　DMAEMとMMAの組成比を変えた混合モノマーのアセトン溶液をガラスアンプルに入れて真空にひいた。アンプルにガンマ線を照射してコポリマーを得た。共重合後、得られたコポリマーを水中で沈殿させた。精製操作後にコポリマーの元素分析を行った。その結果、DMAEMのモル分率は0.014～0.553の範囲になった。アセトン(4 mL)に溶かしたコポリマー(20 mg)を4 MHzの水晶振動子に塗布し乾燥させた。　　　コポリマーを塗布した水晶振動子を恒温槽中の測定セル内に設置し、そこへCO₂を導入した。コポリマーへ収着したCO₂量を水晶振動子の周波数変化から測定した。　CO₂の分圧を段階的に変えて(0～1.0 atm)、DMAEM-MMAコポリマーへのCO₂の収着量を調べた(図1)。図1　The change of the amount of sorbed carbon dioxide with different carbon dioxide partial pressures: (a) 0, (b) 0.2, (c) 0.4, (d) 0.6, (e) 1.0 atm.（原論文1より引用）　これより、CO₂はコポリマーに均一に収着するのではなく、コポリマーフィルムの表面付近に収着することがわかる。DMAEMモノマー量に対するCO₂の収着量のモル比とDMAEMモル分率との関係を図2に示す。DMAEMのモル分率が増すとCO₂の収着量が減少し、MMAにはCO₂は収着しない。図2　The relationship between the number of carbon dioxide molecules sorbed on the DMAEM monomer unit and the mole fraction of DMAEM.（原論文1より引用） DMAEMのモル分率が下がると、ジメチルアミノ基間の距離があき、有効な収着部位が増えるためと考えられる。　　　コポリマーを塗布した水晶振動子を使って、CO₂の分圧を0から1atmへ変えてCO₂の収着量の時間変化を調べた。最終収着量の90%に到達するのに必要な時間を90%応答時間と定義した。DMAEMのモル分率の異なるコポリマーの90%応答時間を調べ、図3に示す。図3　The relationship between 90% response time and the mole fraction of DMAEM.（原論文1より引用）　モル分率0.1で90%応答時間は最小となった。コポリマーの収着等温線を測定した。これを二重(Henry型およびLangmuir型)収着モデルで説明することができた。Henry型収着の割合が増すと90%応答時間が長くなった。コメント　　　　：　この研究で作成されたセンサーの応答時間が15秒であることの他のセンサーに対する優位性の記述がない。さらに、この時間を短縮するために必要なポリマーの構造への提案がない。放射線共重合で二酸化炭素センサーに用いるコポリマーを作成すると有利であることを明確にし、他のガスセンサーへの適用を拡げることが望まれる。原論文１ Data source 1： Carbon dioxide sensor using N,N-dimethylaminoethyl methacrylate and methyl methacrylate copolymer Hirofumi Yokouchi, Masanobu Matsuguchi, Yoshihiko Sadaoka, Yoshiro Sakai Department of Applied Chemistry, Faculty of Engineering, Ehime University Sensors and Materials, 8, 69-78(1996) キーワード：化学センサー、二酸化炭素、N,N-ジメチルアミノエチルメタクリレート、メチルメタクリレート、コポリマー、水晶振動子 chemical sensor, carbon dioxide, N,N-dimethylaminoethyl methacrylate, methylmethacrylate, coplymer, quartz oscillator 分類コード：010202, 010203
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