2020 Fiscal Year Annual Research Report

Simulation for changes of structures and properties by scission of polymer chains

Planned Research

Project Area	Precision Degradation of Polymer and Polymeric Material
Project/Area Number	20H05736
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	畝山多加志名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10524720)
Project Period (FY)	2020-10-02 – 2023-03-31
Keywords	高分子 / シミュレーション / 粗視化 / 切断 / 分解
Outline of Annual Research Achievements	高分子の物理的・化学的・生物的な各種分解過程のモデル化のために、今年度はまず理想的な条件下における分解を解析的に記述する方法を確立することを試みた。大雑把には高分子の分解過程は重合過程の逆に相当すると解釈できる。高分子の重合過程は各種反応機構が調べられているだけでなく、反応機構を反映した運動論が確立している。例えば、どのような重合の進行に応じて分子量分布がどのように変化するか等については十分な知見があり、それらは実験データとの比較を行う上で有用なものとなっている。例えば、理想的な分子量分布に従っていれば重合機構自体が理想的なものに近いという証左となる。一方、高分子の分解過程は重合過程のように十分に確立しているとは言えない。理想的な状況下で高分子の分解をどのように表現し、その結果としてどのような分子量分布が実現されるか、平均分子量は分解に応じてどのように変化するか、等を確立することは各種実験で得られるデータを解釈する上でも、粗視化モデルを構築する上でも重要である。そこで、分解の運動論を考え、分子量分布の時間発展を記述することを試みた。具体的には、高分子のどの結合も等確率で切断されるというランダム切断モデル、高分子の末端にある結合のみが確率的に切断されるという末端切断モデル、ランダム切断と末端切断が異なる割合で組み合わさった混合切断モデル、の 3 種類のモデルを考えた。これらの 3 つのモデルすべてに対して任意の初期状態に対する解析的・陽的な分子量分布の表式を導くことに成功した。さらに、ランダム切断モデルにおいては指数分布 (最確分布) が安定分布となること、従来より提案されている数平均分子量の逆数を用いた解析の妥当性等を示した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 各種粗視化モデルの基礎となる理想的な条件下における解析を確立し、今後の解析やモデル化の基盤を作ることができた。
Strategy for Future Research Activity	理想的な条件下における分解挙動を表現することが可能になったので、この結果を利用してモデリングや解析を行うとともに分解過程を取り込んだシミュレーションを試みる。物理的・化学的・生物的分解については他の計画班にて実験が進行中であり、構築した理論を用いてそれらの実験結果の解析を行ったり、実験結果と整合する形での粗視化モデルの構築を行う。また、実際の高分子の分解過程は必ずしも理想的なものとはならないはずであり、何らかの形で理想とはずれた条件における分解過程についての検証が必要である。そこで、粗視化モデルに分解の効果を組み込んでシミュレーションを行うことで、理想的な条件とは異なる条件下においてどのような分解挙動が見られるかを調べる。シミュレーション結果より、必要に応じて理論モデルの拡張や改良等を行う。