Hierarchical description for entanglement of polymers

• Project Area: Discrete Geometric Analysis for Materials Design
• Project/Area Number: 18H04483
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 増渕 雄一 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40291281)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥23,140,000 (Direct Cost: ¥17,800,000、Indirect Cost: ¥5,340,000); Fiscal Year 2019: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000); Fiscal Year 2018: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
• Keywords: 高分子 / からみあい / 多体モデル / 多体相関 / 粘弾性 / レオロジー / 分子運動 / シミュレーション / ダイナミクス / 分子間相関 / 粗視化モデル

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，高分子のからみあい現象を階層的に解析し，ミクロな数理を理解することを目的とした．高分子の「からみあい」と，分子間の幾何的相互作用の関係は，元来全く別の概念である．高分子のからみあい現象はレオロジーなどマクロな物性から定義され，その記述には半現象論的な分子モデルが用いられてきた．しかし，ミクロな幾何的相互作用との関係は不明である．一方，分子シミュレーション技術の発展により，ミクロな幾何的相互作用に関する研究も行われているが，マクロな物性との関係は不明である．
本研究では，応募者独自の数理モデル群を用いて，粘弾性実験により実材料との整合性を担保しつつ，ミクロな分子間の幾何的構造/相互作用とマクロな高分子のからみあい現象との間を階層的に接続することを目論んだ．これによりマクロなからみあい現象のミクロな本質を明らかにすることを目指した．
本年度は，昨年度に確立された多体モデル間の普遍性に基づき，計画通りにポリイソプレンへの適用を試行し，適用可能であることを確認した．理論面では，本研究で検討している多体モデルの一つであるMCSSモデルにおいて，モデル自体がもつ多階層性をシミュレーションで確認した．いずれも本研究で構築している理論の自己整合性を補強する結果である．
からみあいの本質を解析する方向性においても，領域内の数学研究者からのコメントを得て，いくつかのトライを行った．例えばパーシステントホモロジーによる解析を試みたところ，複数の異なるモデルが似通ったパーシステントダイヤグラムを示すことがわかった．しかし従来からわかっていた分子形状の統計分布解析以上の結果は得られず，この方向では十分な進展が得られなかった．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ナポリ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] Universita degli Studi di Napoli(イタリア)
• [Int'l Joint Research] University of Glasgow(英国)
• [Int'l Joint Research] Universidad Politecnica de Madrid(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Technical University of Denmark(デンマーク)
• [Journal Article] Primitive chain network simulations for H-polymers under fast shear (2020)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi、Ianniruberto Giovanni、Marrucci Giuseppe
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 16 Issue: 4 Pages: 1056-1065
  • DOI: 10.1039/c9sm01971e
  • NAID: 120006848982
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of Constraint-Release on Entangled Polymer Dynamics in Primitive Chain Network Simulations (2020)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi
  • Journal Title: Nihon Reoroji Gakkaishi Volume: 48 Issue: 1 Pages: 37-42
  • DOI: 10.1678/rheology.48.37
  • NAID: 130007808448
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simulations of Startup Planar Elongation of an Entangled Polymer Melt (2020)
  • Author(s): Keiko Takeda, Yuichi Masubuchi, Masataka Sugimoto, Kiyohito Koyama, Sathish K. Sukumaran*
  • Journal Title: Nihon Reoroji Gakkaishi (J. Soc. Rheol. Jpn.) Volume: 48 Issue: 1 Pages: 43-48
  • DOI: 10.1678/rheology.48.43
  • NAID: 130007808525
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of Inertia on Linear Viscoelasticity of Harmonic Dumbbell Model (2019)
  • Author(s): Uneyama Takashi、Nakai Fumiaki、Masubuchi Yuichi
  • Journal Title: Nihon Reoroji Gakkaishi Volume: 47 Issue: 4 Pages: 143-154
  • DOI: 10.1678/rheology.47.143
  • NAID: 130007722539
  • ISSN: 0387-1533, 2186-4586
  • Year and Date: 2019-09-13
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Retardation of the reaction kinetics of polymers due to entanglement in the post-gel stage in multi-chain slip-spring simulations (2019)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi、Uneyama Takashi
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 15 Issue: 25 Pages: 5109-5115
  • DOI: 10.1039/c9sm00681h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-chain slip-spring simulations for polyisoprene melts (2019)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi、Uneyama Takashi
  • Journal Title: Korea-Australia Rheology Journal Volume: 31 Issue: 4 Pages: 241-248
  • DOI: 10.1007/s13367-019-0024-3
  • NAID: 120006848990
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contraction of Entangled Polymers After Large Step Shear Deformations in Slip-Link Simulations (2019)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi
  • Journal Title: Polymers Volume: 11 Issue: 2 Pages: 370-370
  • DOI: 10.3390/polym11020370
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multichain Slip-Spring Simulations for Branch Polymers (2018)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 51 Issue: 24 Pages: 10184-10193
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.8b01739
  • NAID: 120006623819
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison among Multi-Chain Simulations for Entangled Polymers under Fast Shear (2018)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi、Uneyama Takashi
  • Journal Title: ECS Transactions Volume: 88 Issue: 1 Pages: 161-167
  • DOI: 10.1149/08801.0161ecst
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison among multi-chain models for entangled polymer dynamics (2018)
  • Author(s): Masubuchi Yuichi、Uneyama Takashi
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 14 Issue: 29 Pages: 5986-5994
  • DOI: 10.1039/c8sm00948a
  • NAID: 120006577115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] i-Rheo GT: Transforming from Time to Frequency Domain without Artifacts (2018)
  • Author(s): Tassieri Manlio、Ramirez Jorge、Karayiannis Nikos Ch.、Sukumaran Sathish K.、Masubuchi Yuichi
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 51 Issue: 14 Pages: 5055-5068
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00447
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nonlinear Elongational Rheology of Unentangled Polystyrene and Poly(p-tert-butylstyrene) Melts (2018)
  • Author(s): Matsumiya Yumi、Watanabe Hiroshi、Masubuchi Yuichi、Huang Qian、Hassager Ole
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 51 Issue: 23 Pages: 9710-9729
  • DOI: 10.1021/acs.macromol.8b01954
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 多体散逸粒子動力学法への過渡結合の導入と緩和時間の結合寿命依存性 (2019)
  • Author(s): 広井紀彦, 畝山多加志, 増渕雄一
  • Organizer: 日本レオロジー学会第46年会
• [Presentation] Multi-Chain Simulations for Entangled Polymer Dynamics (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: The 30th Anniversary Symposium of the Korean Society of Rheology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multi-chain simulations of entangled polymer dynamics (2019)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: Summer School on “Transient and complex polymer networks” by DODYNET project
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Primitive Chain Network Simulations for H-Polymer Melt under High Shear (2019)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: Workshop on “Polymers in fast flows” by SOFTCOMP project
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Modeling of entangled polymer dynamics (2019)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: International Symposium on Polymers and networks via topology and entanglement
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 成形加工におけるプラスチック材料 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第25回成形加工テキストセミナー -テキストシリーズ第III巻 「成形加工におけるプラスチック材料」
  • Invited
• [Presentation] 成形加工とプラスチックの転移現象 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第25回成形加工テキストセミナー -テキストシリーズ第III巻 「成形加工におけるプラスチック材料」
  • Invited
• [Presentation] Retardation of reaction kinetics of polymers due to entanglement in post-gel stage in multi-chain slip-spring simulations (2019)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi and Takashi Uneyama
  • Organizer: Polymer Engineering and Science International 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高分子レオロジーの基礎 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 日本接着学会「基本を深く学ぶ接着基礎講座」
  • Invited
• [Presentation] 高分子ナノコンポジットの多体スリップスプリングモデル (2019)
  • Author(s): 増渕雄一，畝山多加志
  • Organizer: 第68回高分子討論会
• [Presentation] 高分子レオロジーの基礎 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第27回東海高分子基礎研修コース
  • Invited
• [Presentation] H型分岐高分子のせん断粘度成長におけるBranch Point Withdrawalの効果 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第67回レオロジー討論会
• [Presentation] 過渡結合を導入した多体散逸粒子動力学法によるキャピラリーシニングの計算 (2019)
  • Author(s): 広井紀彦,畝山多加志,増渕雄一
  • Organizer: 第67回レオロジー討論会
• [Presentation] ダンベルモデルとRouseモデルの線形粘弾性に対する慣性の影響 (2019)
  • Author(s): 畝山多加志, 仲井文明, 増渕雄一
  • Organizer: 第67回レオロジー討論会
• [Presentation] 高分子レオロジーのシミュレーション (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第15回日本接着学会関西支部若手研究会
  • Invited
• [Presentation] 壁面分子吸着がせん断粘度成長曲線に及ぼす影響: 粗視化分子モデルによる検討 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第31回高分子加工技術討論会
• [Presentation] A few topics in extensional rheology: friction reduction of polymers and viscoelasticity of CFRTP (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第50回伸長プロセス委員会
  • Invited
• [Presentation] 過渡結合を導入した多体散逸粒子動力学法による粘弾性流体の計算 (2019)
  • Author(s): 広井紀彦, 畝山多加志, 増渕雄一
  • Organizer: 第33回分子シミュレーション討論会
• [Presentation] 過渡的な結合を用いたからみあった高分子の粗視化分子シミュレーション (2019)
  • Author(s): 畝山多加志, 増渕雄一
  • Organizer: 第33回分子シミュレーション討論会
• [Presentation] Multi-Chain Simulations for Entangled Polymers (2019)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi and Takashi Uneyama
  • Organizer: The 16th Pacific Polymer Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Modeling of Entangled Polymer Dynamics (2019)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi and Takashi Uneyama
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Molecular Explanation of Strain Hardening (2019)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: The Second International Conference of Polymeric and Organic Materials in Yamagata University
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] レオロジーの基礎 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: プラスチック成形加工学会第171回講演会
  • Invited
• [Presentation] Simulation of Capillary Thinning by Many-body Dissipative Particle Dynamics with Transient Bonds (2019)
  • Author(s): Norihiko Hiroi, Takashi Uneyama and Yuichi Masubuchi
  • Organizer: IWEAYR-15th
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高分子レオロジーの分子論の基礎 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 高分子ナノテクノロジー研究会第18回講演会
  • Invited
• [Presentation] ソフトマテリアルのシミュレーション技術の現状と将来展望 (2019)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: スーパーコンピューティング技術産業応用協議会2018年度第３回セミナー
  • Invited
• [Presentation] Stress undershoot of entangled polymers under fast startup shear flows in primitive chain network simulations (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi, Giovanni Ianniruberto and Giuseppe Marrucci
  • Organizer: Annual European Rheology Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-Chain Slip-Spring Simulations for Entangled Polymers (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: The 34th Polymer Processing Society Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-chain Slip-spring Simulations for Branch Polymers (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: The 67th Annual Meeting of the Society of Polymer Science
• [Presentation] 高分子の多階層計算はどこまで可能か (2018)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第５６回高分子材料自由討論会
  • Invited
• [Presentation] 高分子の粗視化モデリングと有用性 (2018)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第３回計算科学・シミュレーション・実験の融合による新たな材料開発研究会
  • Invited
• [Presentation] Detailed Comparison among Multi-Chain Simulations for Entangled Polymers (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: First International Conference on 4D Materials and Systems
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] からみあい高分子の多体モデル間の比較 (2018)
  • Author(s): 増渕雄一，畝山多加志
  • Organizer: 第67回高分子討論会
• [Presentation] Multi-chain Simulations of Entangled Polymer Dynamics (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: 2018 International Symposium on Multiple Scale Modelling of Complex Fluids
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Some Applications of Coarse-Grained Polymer Simulations (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: 2018 International Symposium on Multiple Scale Modelling of Complex Fluids
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] からみあい高分子ダイナミクスの多体モデル間の比較 (2018)
  • Author(s): 増渕雄一，畝山多加志
  • Organizer: 第66回レオロジー討論会
• [Presentation] 多体スリップスプリングモデルの分岐高分子への拡張 (2018)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第66回レオロジー討論会
• [Presentation] Stress undershoot of entangled polymers under fast startup shear flows in primitive chain network simulations (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi, Giovanni Ianniruberto, Giuseppe Marrucci
  • Organizer: 第66回レオロジー討論会
• [Presentation] Highly-coarse-grained multi-body models for polymers (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: Joint Conference of EMLG/JMLG Meeting 2018 and 41st Symposium on Solution Chemistry of Japan
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高分子レオロジーのシミュレーションによる予測 (2018)
  • Author(s): 増渕雄一
  • Organizer: 第5回ヘキサケミカルカンファレンス
  • Invited
• [Presentation] Multi-Chain Slip-Spring Simulations for Entangled Polymers (2018)
  • Author(s): Yuichi Masubuchi
  • Organizer: The 12th SPSJ International Polymer Conference
  • Int'l Joint Research