2016 Fiscal Year Annual Research Report
Structure and dynamics of polymer network at solid interface
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15K17871
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
犬束 学 九州大学, 工学研究院, 特任助教 (70735852)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ゴム / 無機フィラー / 界面 / コンポジット材料 / 中性子反射率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、環境問題は我が国のみならず世界各国が解決するべき共通課題となっており、環境への負荷を低減した持続可能社会の実現が求められている。無機固体界面におけるゴム状高分子の構造および物性は、自動車用タイヤ材料に代表されるゴム/無機フィラーコンポジット材料の燃費性能に大きく影響すると言われているが、その詳細は明らかとなってはいない。ゴムとシリカなどの無機フィラー界面は“埋もれた”界面であり、そこに存在する数～十数ナノメートルの界面層を定量的に直接評価することは非常に困難であり、これまであまり検討されてこなかった。本研究では、モデル系として、基板上に作製した架橋ゴム薄膜を良溶媒で膨潤させ、オルガノゲルとして扱った。この際、基板界面近傍の凝集状態の不均一性は膨潤度（すなわち高分子の体積分率）の分布に変換され、また不均一性のサイズスケールも膨潤によって拡大される。こうして不均一性を可視化した試料について、中性子反射率測定法により定量的な構造解析を行った。試料となる架橋ゴム薄膜は、ポリイソプレン（PI）などのトルエン溶液に架橋剤を添加して石英基板上にスピンキャストし、これに紫外線を照射することにより架橋させ作製した。中性子反射率法などの構造解析手法に適当なように、試料の膜厚を数十nm程度とした。この試料を重水素化ヘキサン中に浸漬し膨潤させ、基板側から中性子線を入射した際の反射率を測定した。得られた反射率を多層モデルを用いてフィッティングし解析することにより、重ヘキサンに浸漬させた架橋PIフィルム内において、石英界面にほとんど膨潤しない界面層、およびバルクよりも膨潤度の小さい中間層が存在することを明らかとした。これらの層構造は、過去の研究で提案されてきたゴム材料中の界面層（バウンドラバー）に対応するものと考えられるが、本研究ではその詳細な構造を初めて明らかにすることができた。
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