2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study of gelation mechanism in aqueous solutions of PIC under shear flow
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15K05258
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| Research Institution | Kanagawa Institute of Industrial Sclence and Technology |
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Principal Investigator |
津留崎 恭一 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 化学技術部, 主任研究員 (90426388)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白崎 良演 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教授 (90251751)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 過渡的ゲル化 / ポリイオンコンプレックス / レオオプティクスシステム / 過渡的ネットワーク理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホモポリカチオン(PC)とランダムポリアニオン(PA)を水に溶かしたダイラタンシー性PIC水溶液(DiPIC)は、臨界剪断速度gc以上の剪断流動下で待ち時間tI後に急激に粘度ηが上昇する興味深いレオロジー特性を示す。いま、ηが上昇した状態を簡便にゲルと呼ぶ。ゲル状態にあるDiPICを静置すると、戻り時間tr後に元の低粘度状態へと戻る。過渡的ゲル化現象を探るため、本年度はgcとtrのPC及びPAの分子量依存性を調べた。
gcは、便宜的にtIが10分を超えた時の剪断速度gとした。trは、開発したレオオプティクスシステムを用いて、剪断流を停止してから光の散乱強度が1/eとなる時間とした。
分子量を変えた3種類のPCと3種類のPAによるDiPIC計9種類のgcとtrを測定した。この結果、PCの分子量を固定してPAの分子量を高くするとgcは単調減少、trは単調増加することが分かった。一方で、PAの分子量を固定してPCの分子量を高くすると、gcは上に凸でtrは下に凸の関数となった。PCの分子量を高くすることはモル数が減ることから、形成されたネットワークにおいてPAは応力鎖、PCは架橋材の役割を果たすと推察できる。
DiPICのダイナミクスを表すため、低粘度、PCとPAの乖離、ゲルの3状態を遷移するモデル反応速度式を構築した。この式を解くと、(1)gがgcに近づくとtIは対数発散する(2)低粘度状態に戻る時には長短２つの緩和時間がある(3)gcの解析解などの結果が得られる。また、Flory-Stochmayer理論をランダムポリイオンに拡張した過渡的ネットワーク理論を構築し、gcをポリイオンの濃度や温度の関数として求めた。
反応速度論、過渡的ネットワーク理論間のパラメータ間の整合性を取り、実験結果と比較することで、DiPICのダイラタンシー特性を分子設計によって予測できる可能性が示唆された。
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