2019 Fiscal Year Research-status Report

ミリ秒～ミクロン秒領域でのソフト界面吸着膜の緩和過程の研究

Research Project

Project/Area Number	17K05837
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	荒殿誠九州大学, 理学研究院, 特任教授 (20175970)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords	粘弾性 / 表面吸着 / 水和
Outline of Annual Research Achievements	表面準弾性光散乱（SQELS）法を採用し、polyethylenglycol monoalkyl ether (CiEj)系列の表面吸着膜を実験対象とした。今回のCiEj系列の場合には、親水基頭部の長さと大きさ、また親水基頭部の排除体積相互作用と疎水基間ファンデアワールス相互作用のバランスが緩和を左右する重要な要素であるとの考えに立って、疎水基鎖長iを8および10に固定して、親水基鎖長jを1～6に変化させた結果、拡張粘弾性の非イオン界面活性剤の吸着量依存性に関しては、二つの特徴的な挙動が観測された。298.15Kで測定された拡張粘弾性ｖｓ吸着量の曲線では、全てのCiEjに対して拡張弾性は吸着量の増加とともに急激に増加するが、低吸着量領域においては、ギブス弾性よりも小さいという共通点が見られた。これらの実験値はLucassen-van den Tempelモデルでは説明できないことが明らかになった。これは表面張力波による摂動によって、局部的な表面張力の変化がおきており、それが平衡表面張力値からのずれを引き起こしていることを表していると考えた。一方吸着量の高い領域では、拡張弾性がギブズ弾性よりも小さいことが明らかになった。一般に親水基周囲の水和構造のひずみの速度は、エチレンオキシド基への水和やあるいはそこからの脱水和は水分子の拡散を伴うが、その際の水分子の拡散の速度よりも速いと思われる。したがって、低い吸着量では水和構造のひずみが緩和を支配し、一方で高い吸着量領域では水の拡散が緩和を支配していると考えた。これらの結果は、Lucassen-van den Tempelモデルでは説明できないので、吸着膜とその直下のサブ吸着領域の交換と吸着・脱着のエネルギー障壁を取り入れた新しい理論モデルを考察して提唱することとした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 非イオン性界面活性剤の拡張弾性測定から、研究実績の概要に述べたように、水和圏構造ひずみや水和・脱水和の水の拡散速度が、緩和過程を支配する主要因であると考えた。これらの結果は、Lucassen-van den Tempelモデルでは説明できないので、吸着膜とその直下のサブ吸着領域の交換と吸着・脱着のエネルギー障壁を取り入れた新しい理論モデルを考察して提唱することとした。この考えに従って、表面張力の時間依存性（動的表面張力）とその結果の温度依存性から求めた吸着・脱着のエネルギー障壁を導入しても、実験結果を説明することはできなかった。現在、異なる考え方へのシフトを模索中である。
Strategy for Future Research Activity	Lucassen-van den Tempelモデルでは説明できないので、吸着膜とその直下のサブ吸着領域の交換と吸着・脱着のエネルギー障壁を取り入れた新しい理論モデルを考察して提唱することとしたが、エネルギー障壁の結果を導入しても粘弾性測定の実験結果を説明することはできなかった。吸着挙動や粘弾性挙動関連の研究者のレビューを受けて、解決策を検討する。
Causes of Carryover	令和元年度が最終年度にあたるため、令和2年3月7，8日に他大学の専門家を呼んで、研究成果のレビューを行う予定にしていたが、新型コロナウィルス感染症に関する現下の状況から来年度に延期せざるを得なくなった。レビュー必要経費と成果公表必要経費等の関連経費を含めて次年度に使用することとした。