2019 Fiscal Year Research-status Report
Toughness enhancement of transparent acrylic glass using photo-induced brittle-ductile transition
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19K05613
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 幹大 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70792654)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ポリメタクリル酸メチル / 引張強度 / 脆性―延性転移 / アゾベンゼン / 光異性化 / ガラス転移 / 誘電緩和 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、アゾベンゼンの光異性化を利用して、ポリメタクリル酸メチル（PMMA）の脆性を改善することを目的としている。
PMMAは室温の弾性率が3 GPaであり、ガラス状高分子の中では高いものに分類されるが、一方で5～10%のひずみで破断し、脆い（脆性）という欠点がある。一方、ポリカーボネート（PC）は100%以上のひずみでも破壊せず、延性を示す。詳細には解明されていないが、この機械強度の差は、高分子鎖の局所運動性や屈曲性の違いだと考えられている。具体的には、PCは局所運動性が高く、室温での自由体積が大きいが、PMMAは局所運動性が低く、自由体積が小さい。
アゾベンゼンは紫外光照射によりtrans-cis異性化を起こすことが知られている。PMMAにアゾベンゼンを添加すると、光異性化により数GPaの膨張力が発生することが報告されている。本研究では、この膨張力がPMMA鎖周りの自由体積を増加させ、局所運動性を変化させれば、脆性が改善すると考え、実験を行った。2019年度は、紫外光時間や強度を変化させ、アゾベンゼン添加PMMAの引張強度の変化について検討した。その結果、照射時間3分以上、強度100 mW/cm2以上の場合、PMMAの脆性が延性に転移することが判明した。また、室温から80℃の範囲で引張特性を調べたところ、弱い強度（40 mW/cm2）であっても、脆性－延性転移温度が20℃ほど低下することも判明した。また、紫外光を照射しながら誘電緩和測定を行い、系のガラス転移温度を調査したところ、紫外光照射により最大で15℃低下しており、PMMAのセグメント運動が加速していることも示唆された。
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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
当初の目的通り、2019年度の研究で、光照射によるアゾベンゼン添加PMMAの引張強度の向上が達成された。具体的には、100 mW/cm2以上の紫外光照射により、PMMAのガラス転移温度が低下し、室温における引張特性が脆性から延性へと転移することを確認した。また、100 mW/cm2以下の強度であっても、脆性―延性転移温度は20℃ほど低下しており、引張特性が向上することが判明している。さらに、種々の温度での誘電緩和測定、赤外分光測定を行った結果、紫外光照射によるアゾベンゼンのtrans-cis異性化がPMMAの側鎖の運動性を高めた結果、脆性から延性に変化したことが示唆された。以上のことから、一年目（2019年度）の研究成果は予定通り達成されたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記で述べたように、2019年度は紫外光照射によるアゾベンゼン添加PMMAの脆性－延性転移の確認を行い、さらに引張試験、誘電緩和測定、赤外分光測定によるメカニズムの解明にも着手し、前述のような研究成果を得ている。2020年度は、熱機械分析や陽電子消滅寿命測定などにより、膨張現象や自由体積の評価を行い、脆性－延性転移のメカニズム解明を引き続き行う。また、アゾベンゼンを側鎖に導入したPMMAを合成し、添加系と同様に脆性－延性転移の確認、分子運動性や自由体積などの評価を行い、アゾベンゼン導入法が引張特性に与える影響を調査する。
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Research Products
(10 results)
