2018 Fiscal Year Annual Research Report
Studies of mechanism for glass transition of nano-sized polymeric materials via nano-chip calorimetry
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16K05907
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
佐々木 隆 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (50242582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
入江 聡 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (90313733)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ガラス転移 / 高分子ナノシェル / ダイナミックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．ナノサイズの高分子シェルのガラス転移をしらべるための試料として、シリカ微粒子をコア、さまざまな高分子材料をシェルとするコアシェル粒子を独自の懸濁重合法により合成した。ポリスチレン、ポリ4メチルスチレン、ポリ4クロルスチレン、ポリ4メトキシスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ヒドロキシエチルについてコアシェル粒子を得ることができた。また、ポリメタクリル酸メチルについては吸着法によりシェル厚さが数nmの試料を合成できた。これらのガラス転移温度は厚さの減少とともに増大する傾向がみられ、シリカ界面での強い相互作用が示唆された。
２．協同運動領域（CRR）サイズの温度依存性を予測するための新しいモデルとして、surface controlled CRR（SCC）モデルを考案した。このモデルにより高分子のCRRは多くの場合、non-compactな形状をとることがわかった。さらにこのモデルを拡張することにより、超薄膜、コアシェル微粒子、中空シェル、繊維、中空繊維などのさまざまな形状の高分子ナノ材料についての緩和時間の温度依存性、ガラス転移温度、フラジリティ、協同運動性を予測することができた。これらの結果の一部は実験結果とのよい一致を示した。
３．高分子超薄膜のガラス転移ダイナミックスをナノチップカロリメトリ、接触角測定法、および金属原子表面拡散法によりしらべた。ナノチップカロリメトリでは、高分子超薄膜のフラジリティがバルクのそれより小さくなること、およびCRRサイズの温度依存性が膜厚依存性をもつことが明らかになった。一方、後者の２つの手法は特に表面・界面に特有のガラス転移挙動を観測するのに有効であることが明らかになった。さらに、モンテカルロシミュレーションによりガラス転移の前後で金属原子の表面拡散の活性化エネルギーの分布が大きく変化することが示された。
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