2019 Fiscal Year Annual Research Report
Revisit aqueous solution properties of poly(vinyl alcohol) to obtain a deeper understanding of aqueous polymer solutions
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17K05881
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
井田 大地 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80610518)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉崎 武尚 京都大学, 工学研究科, 教授 (90230705) [Withdrawn]
中村 洋 京都大学, 工学研究科, 教授 (90243162)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ポリビニルアルコール / 高分子水溶液 / 静的光散乱 / 分子動力学シミュレーション / 量子化学計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
非イオン性水溶性高分子であるポリビニルアルコール（PVA）の水溶液物性の分子論的理解を目指し，PVA稀薄水溶液物性に関する実験的・計算化学的研究を行った．
実験的には，けん化度100%および84%のPVA試料の稀薄水溶液について，それぞれ，40.0および25.0 ℃において静的光散乱測定を行い，得られた結果に基づいて平均二乗回転半径および第2ビリアル係数の重量平均分子量依存性を詳細に検討した．けん化度100%の試料については，溶液調製に特に注意を要し，ねじ口付き耐圧試験管に封入した溶液をオイルバス中120 ℃以上で一晩加熱撹拌し，その後50 ℃以上に保たれた恒温箱内で撹拌しながら放冷し，PVA鎖の会合が進行しないうちに速やかに測定を行った．水溶液中において，けん化度100%のPVAは良溶媒中の分子量が大きい典型的な屈曲性高分子として振る舞うが，けん化度84%のPVAはΘ溶媒中の分子量が大きい屈曲性高分子として振る舞うことが明らかになった．けん化度が低くなると，水酸基に比べ疎水的な酢酸エステル基の影響が大きくなり，水が貧溶媒として振る舞うことが原因であると考えられる．同じ重合度を持つ二種類のPVA試料を比較すると，調べた重合度の範囲において，けん化度84%のPVAの平均二乗回転半径はけん化度100%の場合に比べて大きい．これは，水酸基に比べ嵩高い酢酸エステル基の導入により，前者の鎖の固さが後者に比べ大きくなるためだと考えられる．
計算化学的には，全原子モデル分子動力学（MD）シミュレーションにより水中PVA30量体の主鎖の回転異性体および水素結合パターンの確率分布を計算した．また，PVA3量体についてNMR遮蔽定数を量子化学計算した上で，MDにより得られた各確率分布を重みとして，NMRスペクトルを計算した．得られた結果は実験データをよく再現した．
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