Structural analysis of polymer gel using partial deuteration contrast variation method

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05635
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 高田 慎一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J－PARCセンター, 研究副主幹 (70435600)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: SANS / 高分子ゲル

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、高分子ゲルの「主鎖」及び「側鎖」の各部位が構築する構造を明らかにし、ゲルの構造不均一性の発現メカニズム、体積相転移時の各部位の役割、さらに水分子と側鎖の相互作用などを解明することが目的である。
令和2年度は、既存の部分重水素化試薬を用いて、N-イソプロピルアクリルアミドゲル（NIPA-gel）及びアクリルアミドゲル(AAm-gel)の調製法の検討を実施した。NIPA-gelは低温（15℃）で開始剤を使用し、AAm-gelは高温（60℃）で調製することにより、比較的均一な（構造不均一性の少ない）ゲルを調製することができた。
次に、AAm-gelの内部構造の温度依存性を調べるために、測定温度を5℃と35℃として小角中性子散乱測定を実施した。その結果、低温（5℃）において低q側（q<0.06Å-1）で強度に立ち上がりが観測され、NIPA-gelとは逆の挙動を示すことが確認できた。このことは、低温において、不均一性が増大していることが示唆される。また、興味深いことに高q側（q>0.2Å-1）では、低温で散乱強度の減少が観測された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定通り、令和2年度において、N-イソプロピルアクリルアミドゲル（NIPA-gel）及びアクリルアミドゲル(AAm-gel)の調製法の検討を実施することができた。また、AAm-gelのみであるが、小角中性子散乱測定による結果も得られていること等から、おおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後、部分重水素化されたN-イソプロピルアクリルアミドゲル（NIPA-gel）及びアクリルアミドゲル(AAm-gel)の温度依存性に関する研究については、中性子及びX線を用いた小角散乱測定を実施することで、高分子ゲルの「主鎖」及び「側鎖」の各部位が構築する構造を明らかにし、ゲルの構造不均一性の発現メカニズム、体積相転移時の各部位の役割、さらに水分子と側鎖の相互作用等について明らかにしたい。

Causes of Carryover

令和2年度は、試料温度制御機器の整備のための費用の執行を予定していたが、N-イソプロピルアクリルアミドゲル（NIPA-gel）及びアクリルアミドゲル(AAm-gel)の調製法の検討に時間を費やしたこともあり、実際の試料のサイズ、厚み等の決定が遅くなったため、次年度使用額が発生してしまった。次年度使用額は、令和3年度使用額と合わせて、ペルチェ式冷却加熱ステージ、重水素化モノマー試料等の購入費用として使用する予定である。