高分子の結晶過と液晶化における分子鎖の滑り拡散と分子量の役割

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455386
• Research Institution: HIROSHIMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 彦坂 正道 広島大学, 総合科学部, 教授 (60087103)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 正人 信州大学, 繊維学部, 助教授 (20188056) ; 戸田 昭彦 広島大学, 総合科学部, 助教授 (70201655)
• Keywords: 高分子 / 結晶化 / 分子量 / 拡散 / 界面

Research Abstract

高分子の結晶化速度が分子量に著しく依存することは、既に50年前から良く知られており、実用上も重要であるにもかかわらず、そのメカニズムは未だに謎である。われわれは本研究で「結晶化速度がなぜ分子量に依存するのか?」という謎に挑戦し、解明することに成功した。
われわれは「液体と結晶との界面での、高分子鎖の"滑り拡散"過程が、結晶化速度の分子量依存性を決定づけている」という解答を初めて提出した。
ここで"滑り拡散"とは、(坂彦が1987年に初めて結晶化機構に取り入れることに成功した)高分子特有な「分子鎖軸に沿った拡散運動」であり、高分子鎖が結晶内や界面上などのように、ある規則性を持った場の中で拡散する場合に(原子が繋がっているという高分子鎖のトポロジー的な本性のために)必ず考えなければならないものである。
本研究は、代表的な結晶性高分子であるポリエチレン(PE)を用いて行った。この結論は、分子量を変えた場合の結晶化速度の変化が、結晶相の秩序度に強く依存するという興味深い実験結果から、直接的に得られたものである。この結果は、分子量依存性に対して従来提案されていた「融液内の自己拡散決定説」によっては説明出来ないことを明確に示した。
こうした界面拡散過程の実体解明は、常圧・高圧結晶化に対する光学・電子顕微鏡法、新たに開発した高圧下での結晶化挙動を精密に測定できる高精度高圧示差熱分析装置、結晶化過程における比熱測定を初めて可能にした新開発の温度振動型熱測定解析法などを用いて実行されたものである。

Research Products

• [Publications] A. Toda et al.: "An application on Temperature Modulated DSC to the exothermic process of PET crystallization" POLYMER. (印刷中). (1997)
• [Publications] A. Toda et al.: "A new method of analyzing transformation kinetics with temperature modulated DSC" POLYMER. 38. 231-233 (1997)
• [Publications] A. Keller et al: "The role of metastability in phase transformations ; new pointer through polymer mesophases," Physica Scripta,. T66. 243-247 (1996)
• [Publications] S. K. Ghosh et al: "Phase transiton between microemulsion and lamellar phase in C12E5/water/n-octane amphilic system," J. Appl. Crystallography,. (印刷中). (1997)
• [Publications] S. K. Ghosh et al: "Structural Changes and interaction parameters Isoin amphilic system C12E5/water/n-octane" Progress in Colloid and Polymer Science.(印刷中). (1997)
• [Publications] S. K. Ghosh et al: "Structure funcitions and Interfacial curvatues in a ternary amphilic system C12E5/water/n-octane," Progress in Colloid and Polymer Science,. (印刷中). (1997)
• [Publications] T. Hattori et al: "The high-pressure crystallization behaviors and piezoelectricity of extended chain lamellar crystals of vinylidene fluoride trifluoroethylene copolymers with high molar content of vinylidene fluoride." Polymer. (印刷中). (1997)
• [Publications] M. Hikosaka et al: "Lamellar Thickening Growth of an Extended Chain Single Crystal of PE (I) …Pointers to a New Crystallization Mechanism of Polymers…" Macromolecules,. (印刷中). (1997)
• [Publications] M. Okada et al: "Molecular Weight Dependnce of Lateral Growth Rate of a Single Crystal of Polyethyene." 物性研究、. 66. 508-509 (1996)
• [Publications] S. J. Organ et al: "Growth and uncleation rate minima in long n-alkanes" Polymer,. 37. 2517-2524 (1996)
• [Publications] N. Takahashi et al: "Computor simulation of melting of polymer crystals :" Physica B,. 219&220. 420-422 (1996)
• [Publications] T. Hattori et al: "Crystallization and piezoelectric properties of poly (vinylidenefluoride) crystallized under high pressures : (I) Crystallization behaviors and phase diagram of thick lamellar β form crystals," Polymer,. 37. 85-91 (1996)
• [Publications] S. Okumura et al. (A. Toda): "Melting Point Maximum against Pressure in Poly-4-Melthy-Pentene-1 Crystals" POLYMER. 37. 2285-2287 (1996)
• [Publications] Y. Tanzawa and A. Toda: "Computer Simulation of Curved Crystal" POLYMER. 37. 1621-1627 (1996)
• [Publications] 戸田 昭彦: "ポリエチレン単結晶の成長機構" 高分子加工. 45. 17-23 (1996)
• [Publications] Masato Takahashi et al.: "MOLECULAR WEIGHT DEPENDENCE OF EQUILIBRIUM MELTING TEMPERATURE AND CRYSTALLIZATION PROPCESS OF LOW MOLECULAR WEIGHT POLY (ETHYLENE OXIDE) (PEO) IN PEO/POLY (METHYL METHACRYLATE) (PMMA) BLENDS" Proc. of the 1st Tohwa University International Meeting on Statistical Physics ; 物性研究. 66. 506-50 (1996)
• [Publications] Masato Takahashi et al.: "MOLECULAR WEIGHT DEPENDENCE OF LATERAL GROWTH RATE OF A SINGLE CRYSTAL OF POLYETHYLENE" Proc. of the 1st Tohwa University International Meeting on Statistical Physics ; 物性研究. 66. 508-509 (1996)