多様な変形モード下の高分子網目系ソフトマテリアルのダイナミクス

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015014
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 浦山 健治 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20263147)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000); Fiscal Year 2010: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2009: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
• Keywords: ゲル / エラストマー / レオロジー / 大変形 / ゴム / 膨潤 / 応力緩和 / ゴム弾性

Research Abstract

高分子ゲルやエラストマーなどの高分子網目系ソフトマテリアルのダイナミクスを多様な変形モード下で調べ,応力(ひずみ)場効果の包括的な理解を目的とした.当該期間の研究により以下の1～3の成果を得た.
1.溶媒で高膨潤したソフトゲルの大変形挙動を多様な変形モード(等二軸伸長,純ずり,一軸伸長変形)下で調べた。高膨潤ゲルの二軸伸長測定は低弾性率による自重変形が障害となり、従来は全く行われていなかった。我々は浮力により自重変形をキャンセルできる液中二軸伸長装置を開発し、ソフトゲルの測定を行った。得られた結果より、一軸変形実験のデータのみに基づいた従来の推論が誤りであることを示し,実験結果を説明する現象論モデルを提案した。.
2.多様な変形モードを用いて、フィラー充填系エラストマーの大変形応力緩和挙動を調べた。古くから論争が続く応力に関するひずみ効果と時間効果の分離性の妥当性について,観察応力と平衡応力の差分に着目すると同分離性が成立することを見いだした。この発見は同材料の非線形粘弾性挙動を記述する構成方程式の構築に対して、重要な基礎的知見を与えるものである。
3.溶媒中で平衡膨潤状態にあるゲルに様々な変形モードでひずみを印加し,誘起される体積変化および応力緩和のひずみ依存性および変形モード依存性を明らかにした。特に初期長の2倍程度まで等二軸伸長すると、ゲルの体積は初期の約2倍にまで増加することがわかった。得られた実験結果を記述するモデルを構築した。

Research Products

• [Journal Article] Biaxial Strain Testing of Extremely Soft Polymer Gels (2011)
  • Author(s): 尾藤陽介、浦山健治、瀧川敏算、伊藤耕三
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 7 Pages: 2632-2638
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Akihiro Konda, Kenji Urayama, Toshikazu Takigawa (2011)
  • Author(s): 紺田明宏、浦山健治、瀧川敏算
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 44 Pages: 3000-3006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strain Energy Function of Swollen Polybutadiene Elastomers Studied by General Biaxial Strain Testing (2010)
  • Author(s): 尾藤陽介、浦山健治、瀧川敏算
  • Journal Title: Journal of Polymer Science : Part B ; Polymer Physics Volume: 48 Pages: 721-728
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonlinear Stress Relaxation of Carbon Black Filled Rubber Vulcanizates Under Various Types of Deformation (2010)
  • Author(s): 多田俊生、浦山健治、村岡清繁、瀧川敏算
  • Journal Title: Journal of Polymer Science : Part B ; Polymer Physics Volume: 48 Pages: 1380-1387
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Strain Energy Function of Swollen Polybutadiene Elastomers Studied by General Biaxial Testing (2010)
  • Author(s): Y.Bitoh, N.Akuzawa, K.Urayama, T.Takigawa
  • Journal Title: Journal of Polymer Science : Part B : Polymer Physics 48 Pages: 721-728
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nonlinear Stress Relaxation of Carbon Black-Filled Rubber Vulcanizates Under Various Types of Deformation (2010)
  • Author(s): T.Tada, K.Urayama, T.Mabuchi, K.Muraoka, T.Takigawa
  • Journal Title: Journal of Polymer Science : Part B : Polymer Physics 49(印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anomaly in Stretching-Induced Swelling of Slide-Ring Gels with Movable Cross-Links (2009)
  • Author(s): N.Murata, A.Konda, K.Urayama, T.Takigawa, M.Kidowaki, K.Ito
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 8485-8491
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure-Mechanical Property Correlations of Model Siloxane Elastomers with Controlled Network Topology (2009)
  • Author(s): K.Urayama, T.Kawamura, T.Takigawa
  • Journal Title: Polymer 50 Pages: 347-356
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mechanical and Osmotic Properties of Slide-Ring Gels with Movable Cross-links (2010)
  • Author(s): 浦山健治
  • Organizer: PacifiChem 2011
  • Place of Presentation: Honolulu(アメリカ)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-12-17
• [Presentation] 高分子ゲルの力学物性の多様性と特異性 (2010)
  • Author(s): 浦山健治
  • Organizer: ゲルワークショップ イン 奈井江
  • Place of Presentation: 奈井江温泉(札幌)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-09-18
• [Presentation] フィラー充填系エラストマーの非線形粘弾性緩和挙動とダンピングエラストマーの分子設計 (2010)
  • Author(s): 浦山健治
  • Organizer: 日本ゴム協会・力学研究分科会
  • Place of Presentation: 大阪科学技術センター(大阪市)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-30
• [Presentation] Anomaly in Stretching-Driven Swelling of Slide-Ring Gels with Movable Cross-Links (2010)
  • Author(s): 浦山健治
  • Organizer: International Symposium of Polymer Physics 2010
  • Place of Presentation: Ji-nan(中国)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-08
• [Presentation] 液晶エラストマー・液晶ゲルの多様な外部刺激応答特性 (2009)
  • Author(s): 浦山健治
  • Organizer: 第19回日本MRS学術シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念会館(横浜市)
  • Year and Date: 2009-12-09
• [Presentation] Electro-Opto-Mechanical Effects in Liquid Crystal Elastomers and Gels (2009)
  • Author(s): Kenji Urayama
  • Organizer: アメリカ化学会秋季大会
  • Place of Presentation: ワシントンDC(米国)
  • Year and Date: 2009-08-17
• [Presentation] 新しい刺激応答性ソフトマテリアル:液晶エラストマー (2009)
  • Author(s): 浦山健治
  • Organizer: 日本ゴム協会・エラストマー補強分科会
  • Place of Presentation: 大阪科学技術館(大阪市)
  • Year and Date: 2009-07-16
• [Book] 驚異のソフトマテリアル 最新の機能性ゲル研究 (第11章) (2010)
  • Author(s): 浦山健治
  • Publisher: 化学同人
• [Book] 驚異のソフトマテリアル最新の機能性ゲル研究、第11章液晶ゲル" (2010)
  • Author(s): 浦由健治(分担執筆)
  • Total Pages: 200
  • Publisher: 化学同人