高分子の結晶化機構-高次構造制御による材料設計を目指して-

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12127201
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 奥居 徳昌 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20111651)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鞠谷 雄士 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (70153046) ; 宮地 英紀 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (90025388) ; 彦坂 正道 広島大学, 総合科学部, 教授 (60087103) ; 尾山 外茂男 九州大学, 名誉教授 (80037663) ; 伊藤 浩志 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (20259807)
• Keywords: 高分子 / 結晶化 / 高次構造 / トポロジー / 分子配向 / 拡散 / モルホロジー / エピタクシー

Research Abstract

平成12年度から平成14年度の3年間に行った特定領域研究(B)(2)における高分子の結晶化機構-高次構造制御による材料設計を目指して-の成果を取りまとめ、その成果報告書を出版した。
成果報告書の内容は下記に示す。
結晶化前の揺籃期と結晶核生成機構
高分子の結晶化誘導期にスピノーダル型の相分離が起こり、その原因は分子鎖の平行配列化であることを見出した。一次核生成速度は、分子量のべき乗に比例することを見出した。一次核発生における核サイズ分布を実験で求めることが出来た。一次核発生過程をコンピュータにより分子シミュレーションした結果では、高分子鎖の特徴が良く反映された挙動が再現された。基板上における核生成速度は、高分子と基板間の濡れ性と、結晶格子間の適合性に大きく依存性することを見出し、高分子の結晶化における核剤効果を明確にできた。
高分子鎖の拡散機構と結晶化機構
高分子鎖の拡散を束縛した薄膜からの結晶化において、拡散律速型のモルホロジーが発見され、特にアルカリハライド上におけるエピタクシャル結晶化では、高分子鎖の拡散律速型で進行することが見出された。極大結晶成長速度は分子量の-0.5乗で表され、全ての結晶性高分子に適用できスケーリング則が成立した。
配向結晶化機構と高次構造制御
高速溶融紡糸過程における複屈折の形成挙動を計測した結果、繊維の構造発現は応力に誘起された分子配向と結晶化に誘起されていることを明らかにした。超臨界炭酸ガス中で高分子を結晶化させると、結晶の高次構造が大きく変化することが見出された。これらの結果は、高分子成形加工における高次構造制御における貴重な基礎データが得られた。

Research Products

• [Publications] M.Takasaki: "Development of Stereocomplex Crystal of Polylactide in High Speed Melt Spinning and Subsequent Drawing and Annealing Process"J.Macromolecular Sci.. B42. 403-420 (2003)
• [Publications] S.Umemoto: "Molecular Weight Dependence of Primary Nucleation Rate of Poly(ethylene succinate)"J.Macromolecular Sci.. B42. 421-430 (2003)
• [Publications] S.Yamazaki: "Nucleation and Morphology of Polyethylene Under Shear Flow"J.Macromolecular Sci.. B42. 499-514 (2003)
• [Publications] S.Kawahara: "Spherulite Growth of cis-1,4-Polyisoprene Isolated from Natural Rubber"J.Macromolecular Sci.. B42. 569-578 (2003)
• [Publications] H.Miyaji: "Morphology, Growth Rate, and Lamellar Thickness of Polymer Crystals"J.Macromolecular Sci.. B42. 867-874 (2003)
• [Publications] K.Kawashima: "Morphological Changes in Flat-on and Edge-on Lamellae of Poly(ethylene succinate)Crystallized from Molten Thin Films"J.Macromolecular Sci.. B42. 889-900 (2003)
• [Publications] N.Okui: "Polymer Crystallization ; Chapter 19 ; Maximum Crystal Growth Rate and Its Corresponding State in Polymeric Materials"Springer-Verlag ; Ed by J.U.Sommer and G.Reiter. 343-365 (2003)