2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanical Toughening and Acceleration of Stimulus Responsiveness of Soft Materials via Densely Packing of Microgels
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18K19113
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
浦山 健治 京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (20263147)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 大介 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (90547019)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 高分子ゲル / ゲル微粒子 / 高分子レオロジー / 高分子力学物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒子径と架橋密度を制御した温度応答性ゲル微粒子を用いて，孤立状態の拡がりから求められるみかけの体積分率が１を超えるような超高充填状態のペーストおよびその架橋体の力学物性および温度応答性を調べた。化学種と粒子径が異なる２種のゲル微粒子の混合物ペーストの流動特性を調べ，極端に粒径差がある場合，小粒子が大粒子の隙間に入り込む充填状態の効果が現れ，２段階の降伏現象を示すことを明らかにした。ゲル微粒子の体積相転移温度以上での濃厚ペーストのレオロジー挙動をpHやイオン強度を変数として調べ，粒子間の疎水性相互作用による巨視的な連結構造（コロイドゲル）が発現するクライテリオンを明確化した。コロイドゲルの非線形流動挙動を調べ，大変形領域ではひずみに誘起された大規模な離水現象が起きることを見出し，離水挙動と力学特性の相関関係を明らかにしている。ゲル微粒子ペースト，水溶性ビニルモノマー，架橋剤の混合物から，ゲル微粒子のコンポジットゲルを創成した。ゲル微粒子の充填率が重なり濃度付近を超えると，充填率とともにコンポジットゲルの弾性率と破壊強度が増加することを見出した。また，コンポジットゲルの温度変化に対する応答を調べ，バルクの温度応答性ゲルとは異なる特徴をもつ体積変化挙動を見出した。バルクゲルでは昇温による収縮過程では表面スキン層の形成が生じ，冷却による膨潤過程とは大きく異なるキネティクスを示す。一方，コンポジットゲルは収縮過程でも膨潤過程とほぼ変わらないキネティクスを示すことを見出した。これは体積変化を示す要素がゲル表面ではなく内部に包埋されているためと考えられ，温度応答性ゲルの応用面でも貴重な知見となる。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Criteria for Colloidal Gelation of Thermo-Sensitive Poly(N-isopropylacrylamide) Based Microgels2020
Author(s)
Minami, S., Yamamoto, A., Oura, S., Watanabe, T., Suzuki, D., Urayama, K.
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Journal Title
Journal of Colloid and Interfacial Science
Volume: 568
Pages: 165-175
DOI
Peer Reviewed
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