2020 Fiscal Year Research-status Report
Toughness enhancement of transparent acrylic glass using photo-induced brittle-ductile transition
| Project/Area Number |
19K05613
|
|---|
| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
信川 省吾 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50609211)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | ポリメタクリル酸メチル / ポリエステル / 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 / 自由体積 |
|---|
| 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。
2019年度は、PMMAにアゾベンゼンを5～10 wt%添加し、紫外光を照射したところ、アゾベンゼンのtrans-cis異性化にともない、PMMAの引張特性が脆性から延性に変化することを示した。また、誘電緩和測定による分子運動性の評価から、紫外光照射時はPMMAの側鎖の運動性が向上していることも判明した。
2020年度は、側鎖にアゾベンゼンを部分的に導入したPMMA（Azo-PMMA）、光異性化と引張強度の関係を調べた。その結果、アゾベンゼン添加PMMAと同様、紫外光照射により引張強度が脆性から延性に向上することが明らかとなった。特に、Azo-PMMAの場合、200～400 mW/cm2の紫外光を照射した際の降伏応力は40～50 MPaであり、この数値はアゾベンゼン添加PMMAの30～40 MPaよりも高いという結果となった。この理由については現在調査中であるが、アゾベンゼンの導入方法の違いにより、延性に関係するせん断降伏の挙動が変化したためと考えている。
一方、ポリエステルの主鎖中にアゾベンゼンを導入し、紫外光照射による光異性化がガラス転移に与える影響についても調査した。その結果、主鎖中のアゾベンゼンは光異性化がほとんど生じない（3%程度）ものの、ガラス転移温度（Tg）は20℃程度低下（可塑化）することが示された。アゾベンゼン添加ポリエステルでは光異性化の度合いは40%であるが、Tgの低下は20℃と同程度であったことを踏まえると、主鎖のアゾベンゼンの光異性化によるTgへの影響は、分子分散しているアゾベンゼンよりも大きいと言える。また、誘電緩和測定の結果を自由体積理論を用いて解析することで、紫外光照射時の自由体積や膨張係数の変化を定量的に評価した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2020年度の研究では、主に２つのテーマについて研究成果が得られた。1つは、アゾベンゼンを側鎖に導入したPMMAの光靭性化であり、もう1つは、アゾベンゼンを主鎖に導入したポリエステルの光可塑化である。前者の研究では、2019年度の研究結果と比較することで、アゾベンゼンの導入方法の違いが引張強度に与える影響を系統的に調査した。その結果、側鎖にアゾベンゼンを導入すれば、高い引張強度（靭性）が得られることが判明した。後者の研究では、主鎖にアゾベンゼンを導入するために、ポリエステルをマトリックス高分子として用いて、光異性化がガラス転移温度（Tg）に与える影響を調べた。その結果、アゾベンゼンが単に添加された場合よりも、主鎖中に存在する方がTgの低下度（可塑化）は大きくなることが判明した。合わせて、誘電緩和測定のα緩和時間の温度依存性を自由体積理論を用いて解析し、前述のTg低下に対するアゾベンゼンの導入方法の影響を自由体積や分子運動の観点から解明することができた。以上のことから、２年目（20220年度）の研究成果は予定通り達成したと結論づけた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
上記で述べたように、2020年度はアゾベンゼンを導入したPMMAやポリエステルについて、紫外光照射による引張特性およびガラス転移温度の影響を、光異性化、分子運動、自由体積などの観点から調査し、前述のような研究成果を得た。最終年度である2021年度は、アゾベンゼンの導入方法による違いが、脆性－延性転移や降伏強度、ガラス転移温度などに与える影響について、分子レベルで明らかにすることを目指す。また、赤外分光測定や陽電子消滅寿命測定などを用いて、分子鎖のコンホメーションやミクロな構造情報を得ることで、光異性化が引張特性や熱特性を向上させるメカニズムを解明し、光異性化を利用した強靭な高分子材料の設計指針を提示する。
|
Research Products
(10 results)
