高分子ゲルの体積相転移と相転移ダイナミクスに関する研究

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10305069
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 升田 利史郎 京都大学, 工学研究科, 教授 (10026007)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒木 修 京都大学, 工学研究科, 助手 (50303863) ; 瀧川 敏算 京都大学, 工学研究科, 助教授 (50201603)
• Keywords: 高分子ゲル / ポリ(N-イソプロピル)アクリルアミド / 体積相転移 / 膨潤 / 脱膨潤 / 拡散係数 / 臨界現象

Research Abstract

架橋密度の異なる3種類の円筒状PNIPAゲルを作製し,それらのゲルの体積(V)-温度(T)挙動を調べた.架橋密度の低いゲルではV-T曲線上に不連続な転移(一次転移)が見られた.このゲルでは,高温領域ではゲルは収縮し,低温ではゲルは膨潤状態にある.これらの2種類の相はある温度(転移温度)では共存できるがそれ以外の温度ではどちらかの相のみが安定に存在できることがわかた.一方,架橋密度の高いゲルでは,体積は温度の増加と共に減少するもののV-T曲線には不連続な変化は見られず,V-T曲線から見る限り相転移は起こっていないことがわかった.すなわち,このゲルの相転移の次数は0次であることがわかった.中程度の架橋密度を有するゲルではV-T曲線には不連続性は現れないものの,ある温度で体積が急激に変化する連続転移(二次転移)現象が見られた.これら3種類のゲルは相転移の次数で分類するとそれぞれが異なるクラスに属していることが明らかになった.これらのゲルの相転移挙動を別の物理量で見てもV-T曲線での分類と同じように分類できるかどうかを明らかにするため,これらのゲルの拡散係数(D)の温度依存性を調べた.これら3種類のゲルのDの温度依存性曲線から,どのゲルでもDは転移温度付近で急激に低下することがわかった.このDの低下は高温側から転移温度に接近した場合でも低温側から接近した場合も同様であることもわかった.これはある温度を境として,どのゲルでも相変化(相転移)が起こっていることを示唆しているが,これらのゲルの相転移の次数はすべて同じであることも示している.これらのことから,PNIPAゲルでは観測する物理量により相転移の次数が異なるという特異な現象が発現することが明らかになった.

Research Products

• [Publications] Michiaki Mabuchi: "Structuarl Relaxation of Ultrathin Polymer Films Prepared by the Langmuir-Blodgett Technique: Characteristics of the Two-Dimensional System" Macromolecules. 31・18. 6083-6088 (1998)
• [Publications] Hideki Yamane: "Observation of Deformation and Recovery of Poly(isobutylene) Droplet in a Poly(isobutylene)/Poly(dimethylsiloxane) Blend after Application of Step Shear Strain" Journal of Rheology. 42・3. 567-580 (1998)