2021 Fiscal Year Annual Research 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), 准教授 (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 / ポリエステル / アゾベンゼン / 光異性化 / 脆性改善 / 光可塑化 / 分子運動 / 自由体積 |
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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、ポリメタクリル酸メチル（PMMA）などの透明高分子材料の機械特性や熱特性を改善することを目的として研究を行った。
アゾベンゼンを5～10 wt%添加したPMMAフィルムに紫外光を照射すると、破断ひずみが10%以下から50%以上に向上し、脆性が大きく改善することが見出された。この脆性改善のメカニズムを解明するため、誘電緩和測定および熱機械分析を行った。前者の結果から、アゾベンゼンのtrans-cis異性化がPMMAの側鎖の運動性を向上させることが示された。さらに、後者の結果より紫外光照射時のみ試料中の自由体積が増大することが示唆された。以上より、紫外光照射による脆性改善はアゾベンゼンの光異性化による分子運動性向上が要因であると結論付けられた。
次に、PMMAの側鎖にアゾベンゼンを部分的に導入（Azo-PMMA）したところ、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向上することが明らかとなった。さらに、アゾベンゼン添加PMMAの場合、紫外光照射時の引張応力は30 MPaであったが、Azo-PMMAでは50 MPa以上に向上した。これはアゾベンゼンが側鎖に導入されることで、PMMAの自由体積の増大を抑え、降伏応力の減少が抑制されたと考察した。
一方で、テレフタル酸やイソフタル酸を含むポリエステルの主鎖中にアゾベンゼンを導入し、紫外光照射によるガラス転移温度（Tg）の低下効果（光可塑化）について調査した。その結果、主鎖中のアゾベンゼンの光異性化が大きな可塑化を生じさせることが判明した。
このように、本研究では、アゾベンゼンの光異性化はPMMAやポリエステルの機械特性の向上や可塑化を可能にすることが示された。
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