2015 Fiscal Year Annual Research Report
ずり流動場下で形成されるラメラ-オニオン中間構造と長距離配向秩序の解明
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15H03711
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
加藤 直 首都大学東京, 理工学研究科, 教授 (30142003)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川端 庸平 首都大学東京, 理工学研究科, 助教 (50347267)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ソフトマター物理 / 界面活性剤 / ラメラ相 / X線小角散乱 / 配向秩序 / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
界面活性剤ラメラ相がずり流動場によりオニオン相に転移する現象は、多くの研究者の注目を集めているが，オニオン相の形成条件や転移機構については依然として不明の点が多い。我々は最近，ずり流動場下の温度変化に伴うラメラ→オニオン→ラメラ転移を初めて見出し，オニオン相の形成条件解明に大きく貢献した。またラメラ-オニオン中間構造が，特定の温度領域で定常状態として存在することを示し，転移機構解明のための指針を与えた。さらに，同じ系の高ずり速度領域において，長距離配向秩序を持つオニオン相の存在を示唆する結果を得た。そこで，本研究では，ずり応力/小角光散乱同時測定（rheo-SALS）と高輝度X線ビームを用いたrheo-SAXS測定による中間構造の解明と，長距離配向秩序形成の条件および機構の解明を目的とした。
27年度は、(1)ずり応力測定およびrheo-SAXS測定により、C14E5/水系（50 wt%）の温度-ずり速度相図の作成を行うと共に、長距離配向秩序が形成される温度とずり速度の範囲を調べた。(2)つくばの高エネルギー加速器研究機構放射光科学研究施設（PF）に新設されたBL15A2において，ビーム径0.2 mmの高輝度ビームを用いたrheo/SAXS測定を行い、セルの端にX線を通すtangential配置での測定においても，長距離秩序を持つオニオン相に対応する２次元回折パターンが得られることを初めて示した。(3) SAXS/SALS共用の少量試料用二重円筒セルを用いた測定装置の製作を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
27年度当初の計画において，(1) 温度-ずり速度相図の作成と長距離配向秩序形成条件の検討 (2) 高輝度ビームを用いたrheo/SAXS測定 (3) SAXS/SALS共用の少量試料用二重円筒セルを用いた測定装置の製作 を予定し，上記に示したようにいずれも年度内にほぼ達成することができた。
特に、(1)については，長距離配向秩序を有するオニオン相の構造がずり速度上昇と共に変形し、このことがオニオンからラメラへの転移と大きく関係していることを示すことができた意義は大きい。
(2)については、rheo-SAXS測定において，tangential配置でも長距離配向秩序を持つオニオン相形成に対応する２次元回折パターンが得られ、立体構造解明に向けて大きく前進した。この結果は予期しておらず、予想以上の成果が得られたとも言える。
(3)については設計段階で難航し、装置の完成が年度末に近くなったため、性能試験とrheo-SALS装置の製作は次年度に持ち越した。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度において，今後の研究に向けた基礎を築くことができたので，28年度は，これらの結果に基づき，以下の４点を推進していく。
(1) 製作した二重円筒セルを，つくばの高エネルギー加速器研究機構放射光科学研究施設（PF）BL15A2に設置して，rheo-SAXSの性能試験を行う。また大学の実験室において，同じセルを用いたrheo-SALS装置の製作および性能試験を行う。(2) 27年度に作成した温度-ずり速度相図に基づいて，長距離配向秩序形成条件の検討を行う。上記の二重円筒セルは，ずり流動場下の試料の目視観察も可能であるので，長距離配向秩序形成とマクロ相分離との関係を明らかにする。(3) 高輝度X線ビームを用いたtangential配置でのrhe-SAXS測定を系統的に行い，長距離配向秩序を持つオニオン相の立体構造の解明を目指す。(4) 27年度に作成した温度-ずり速度相図により，C14E5/水系の上部転移温度は，高ずり速度領域では大きく上昇し，ラメラ/オニオンの上部転移温度付近の測定が困難になることがわかった。一方，親水基のエチレンオキシド基が１個少ないC14E4と水の径では，ラメラ相の上限温度が約10度下がる。ただしクラフト温度が上昇するため，下部転移を観測することができない。そこで，C14E5にC14E4を混合することにより，クラフト温度とラメラ相の温度領域を調節し，高ずり速度領域においても上部・下部両方の転移が観測できる組成を探索する。
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