2017 Fiscal Year Research-status Report
分子鎖配向と分子間相互作用を利用した高強度な非晶性高分子ガラスの設計
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16K21099
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
信川 省吾 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50609211)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ポリメタクリル酸メチル / 延伸フィルム / 金属塩 / 引張特性 / 力学異方性 / PEGグラフト鎖 / 脆性－延性転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題研究では、高分子鎖の配向と静電的分子間相互作用を利用することで、透明高分子フィルムの弾性率および引張特性を向上させることを目的としている。前年のH28年度は、ポリメタクリル酸メチル（PMMA）、ポリメタクリル酸エチル（PEMA）、ポリカーボネート（PC）、ポリスチレン（PS）の延伸フィルムを調製し、延伸方向および垂直方向の力学異方性と分子構造の関係について考察した。また、引張試験と分光測定を同時に実施できるように、新たな引張試験機を設計した。
H29年度は、リチウム塩を添加したPMMAおよびPEMAの延伸フィルムを調製し、引張特性に対する配向状態と分子間相互作用の影響を調査した。その結果、延伸させることで、両者のフィルムにおける延伸方向の引張特性は脆性から延性へと変化する一方で、垂直方向では脆性のままであることが判明した。また、フルオロ系のリチウム塩を添加した場合は、未延伸のPMMAフィルムでも延性を示し、引張特性の向上が確認できた。赤外分光測定を行った結果、リチウムイオンとPMMAのカルボニル基の相互作用の強さが関係することが示唆された。PEMAについては、ガラス転移温度が低いため延性材料であったが、リチウム塩を添加することで弾性率、引張強度が向上した。
次に、ポリエチレングリコール（PEG）がグラフトされたPMMA（PMMA-graft-PEG）にリチウム塩を添加し、引張特性の変化を調べた。PMMA-graft-PEG単独では、PEG鎖の影響で、ガラス転移温度がわずかに低下する一方で、引張特性は向上する（脆性→延性）ことがわかった。さらにリチウム塩を添加すると、破断ひずみは低下したものの、弾性率は向上した。次年度は、この引張特性の変化に対するPEG鎖‐リチウムイオン間の相互作用や配向状態の影響を、赤外分光および複屈折測定から明らかにする。
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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
H29年度は、PMMA、PEMA、PC、PSの延伸フィルムの引張特性を、延伸方向、垂直方向について調べ、配向度との関係を調べた。また、PEG鎖をグラフトしたPMMA（PMMA-graft-PEG）にリチウム塩を添加し、引張試験および赤外分光測定を行い、リチウム塩とマトリックス高分子間の相互作用と、引張特性の関係を考察した。特に、フルオロ系のリチウム塩を添加した場合は、引張靱性が向上することが見いだされたが、引張試験－赤外分光同時測定は実施できていないため、分子レベルでのメカニズムの解明には至っていない。H30年度では、赤外分光や複屈折と引張試験を同時に測定し、PMMA系の引張特性が、リチウム塩添加により脆性から延性へ変化したメカニズムの解明を目指す。以上のように、当初予定していた計画には変化がなく、研究は順調に進んでいると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度は、リチウム塩を添加することでPMMAフィルムの引張特性が向上した要因を調べるため、複屈折－引張試験同時測定を行い、レオロジー的考察を行う。さらに、前年度（H29年度）に作製したリチウム塩添加PMMA-graft-PEGについて、赤外分光および複屈折－引張試験同時測定を実施し、引張特性と分子間相互作用、分子配向の関係を明らかにする。また、リチウム塩は吸湿性があるため、そのままでは実用的な応用は難しい。そこで、リチウム塩の代わりに、疎水性のイオン液体や水素結合性の高分子を添加し、相溶性や引張特性の変化についても検討し、応用を見据えたPMMAの高靱性化を目指し、研究を進めていく。
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