ポリマーネットワークの動的構造の解析によるゾル-ゲル転移の分子機構の研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06651060
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 八木原 晋 東海大学, 理学部, 助教授 (40191093)
• Keywords: 高分子 / ネットワーク / 水 / 動的構造 / ゲル / ゾル-ゲル転移 / 誘電緩和 / 時間領域法

Research Abstract

これまで高分子-水系で結合水の存在を時間領域法による誘電緩和測定から示唆してきた.本研究ではこの知見を利用し,高分子-水系のゾル-ゲル転移の分子機構を明らかにすることが目的である.このためには他に結合水,自由水,分子鎖運動,イオンの挙動などを明らかにすることが必要である.
まず,PPO(ポリプロピレンオキサイド)の分子鎖運動を調べ,ネットワーク形成時と比較した.ネットワーク形成時の分子鎖運動では,架橋点近傍の束縛された運動と架橋点間のセグメンタル運動の運動性の違いが観測された.ネットワーク非形成時には,少なくともこれらが見分けられるほどの運動性の違いは観測されず,ノーマルモード理論で説明される大規模な高分子鎖の運動が観測された.
高分子-水系の自由水の挙動はPVP(ポリビニルピロリドン)等の高分子を用いて調べた.その結果,結合水だけでなく,自由水の挙動も高分子鎖による影響を大きく受け,自由体積理論で解釈できることが判った.
HPMC(ハイドロキシプロピルメチルセルロース)水溶液は熱可逆性のゲルで,転移点より高温側でゲル状態をとる.昇温とともに生じる粘度,DSCなどの物性の変化を詳細に調べたところ,ゲル化点より低温側で異常な振る舞いを示した.そこで分子レベルの挙動を得るため時間領域法を用いたところ,HPMC分子または結合水の運動をと自由水の運動を反映する緩和を観測できた.特に前者の緩和強度は他の物性と同じ温度領域で異常を示し,ゲル化前のミクロゲル形成の存在を思わすが,他の解釈として,イオンの介在する緩和過程が,相分離したゲル中で示す異常性の可能性もあり,さらに詳細な測定が必要とされる.
今後はこの緩和のメカニズムを同定し,温度依存性からゲル化の分子機構を明確にしていく.

Research Products

• [Publications] K.Ichikawa: "Dielectric relaxation of amorphous poly(propylene oxide)s at gigahertz frequencies" Polymer. 35. 1166-1170 (1994)
• [Publications] Hitoshi Ohashi: "Gelation and Molecular Behavior of Hydroxypropylmethylcellulose" Rept.Progr.Polym.Phys.Japan. 37. 107-108 (1994)
• [Publications] Naoki Shinyashiki: "Dielectric Study of Water Structure in Polymer Solution" J.Phys.Chem.98. 13612-13615 (1994)
• [Publications] 新屋敷 直木: "TDR法による高分子-水系の動的構造に関する研究" 日本物理学会1994年秋の分科会概要集. 3. 546-546 (1994)