2022 Fiscal Year Annual Research Report
絡み合いモデルの分子動力学シミュレーションと絡み合い抽出による基礎付け
| Project/Area Number |
20K03876
|
|---|
| Research Institution | Yamagata University |
|---|
Principal Investigator |
瀧本 淳一 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 教授 (50261714)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
SUKUMARAN S.K. 山形大学, 大学院有機材料システム研究科, 准教授 (70598177)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 高分子レオロジー / 絡み合い / スリップ・リンクモデル / 分子動力学シミュレーション / 摩擦低減 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
分子動力学シミュレーション（MD）により高分子の分子鎖間の絡み合いについてより深く理解し、絡み合いのみを抽出したスリップ・リンクモデル（SL）の改良に繋げていくことを目的としている。
まず、MDによって得られた多くの連続するスナップショットから、絡み合い抽出により個々の絡み合いの消滅・生成を追跡することを試みたが、抽出される構造の不連続性により困難であった。そこで、MDにより,絡み合いについて多方面からの知見を得ることを試みた:(1)非相溶高分子間の界面におけるスリップをMDにより再現し、絡み合いの有無によらずスリップ速度が応力の0.5 ~ 0.6乗に比例するが、絡み合いによりスリップ速度は低下すること、(2a)ずり流動下で分子鎖の回転速度はMDとSLで一致し、ずり速度の1/2乗に比例すること、(2b)ずり流動下では分子鎖が流動により絡み合いから引き抜かれることで、絡み合った高分子でも回転が可能なこと、等を明らかにした。
また、単純なSLモデルでは分子鎖間の摩擦係数は一定としているが、近年の伸長粘度の研究では流動下では分子鎖の配向・伸長により摩擦低減が生じるとされる。そこでずり流動下での摩擦低減の可能性について調べた：(3)分子鎖間のすり抜けを許し、分子鎖が長くても絡み合わないモデルを作り、ずり流動下での粘度低下について実験と一致する結果を得た。しかし流動下での分子鎖の形態等まで含めると、摩擦低減モデルでもColbyらの blob モデルでも完全には説明出来ず、両者を統合したモデルが必要と考える。(4)溶融体に比べ高分子溶液では摩擦低減は弱まると考えられている。MDにより溶液のずり粘度を調べた結果、溶液ではわずかに粘度低下が弱まるだけであり、(3)と同様摩擦低減だけでは説明できない。
以上のうち(1)(2a)(3)は主に昨年度まで、(2b)(4)は主に今年度の成果である。
|
