2013 Fiscal Year Research-status Report
ポリシラン(PSi)と各種高分子/複合材料の特異的な相互作用発現メカニズムの研究
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25410131
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
徳満 勝久 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (70336717)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 正巳 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60288553)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 高分子物性 / 熱融着 / レオロジー / ポリシラン / ポリプロピレン / 力学物性 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は「ポリシラン(PMPS)材料と各種高分子との相互作用の本質」について明らかにすることであり，平成25年度はポリプロピレン(PP)材料にPMPSを添加する効果の検証実験を行い，更にはフィラー充填PPにPMPSを添加することによる物性変化の予備的検討を実施し，以下のようなことを明らかにした。①PPフィルム界面へのPMPS塗布効果：PPにPMPSを塗布することにより熱融着後の剥離エネルギーが増加し，更にPMPSを塗布したPPではneat PPでは融着しない温度160度，120秒で完全に融着することが分かった。一方，参照実験として行ったPPにシリコンオイルを塗布したフィルムでは，neat PPよりも大幅に剥離エネルギーが低下すること分かった。②溶融状態におけるレオロジー測定結果：PPの溶融状態における貯蔵せん断弾性率の測定結果よりマスターカーブを作製し，シフトファクターの値より活性化エネルギーを算出した結果，PMPS添加PPはneat PPより低い値（約31kJ/mol）となり，PMPS添加により溶融状態での分子運動性が向上することが分かった。③次に，ナノシリカ或いはガラスフィラーを充填PP系材料にPMPSを添加した予備検討結果より，フィラー充填PP系材料の脆性的な力学物性が延性化する効果を発現することが分かった。④分子動力学計算により，単位ユニット中におけるPE分子(分子鎖数5，重合度10)とPMPS(分子鎖数3，重合度4)の相互作用を評価した結果，相互作用エネルギーの値は-470kcal/molとなり，強い相互作用が存在する結果となった。また，PMPSの添加量を増加するとPE鎖との相互作用は低下するという結果となり，ポリオレフィン系材料に対するPMPSの添加量には，最適値が存在するという可能性が示唆された。
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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
本研究の全体計画は平成25年度から27年度までの「3年計画」となっており，初年度（平成25年度）は現在までのポリオレフィン材料での実績を見込んで「PP/PMPSブレンド系材料の調製条件の最適化及び各種物性評価」を実施するという研究計画であった。そして，物性評価項目として，①熱的物性評価(DSC測定)，②溶融状態のレオロジー特性評価，③固体力学物性（動的粘弾性，引張り試験）等により，PMPSを添加したPP系材料の力学物性を評価するという計画になっており，それらの項目はほぼ全て終了している。具体的には，PP/PMPSのブレンド条件の最適化に関して，「PPに対してPMPS10wt%以内であればブリードアウト現象は認められない」，「PMPSを塗布したPPでは温度160度，120秒で完全に融着すること」等が明らかとなった。また，分析に関しては①DSC測定結果：PMPS添加に伴いPPの結晶融解温度は低下するものの結晶化度は増加する傾向を示す，②溶融状態におけるレオロジー特性測定結果：PMPS添加PPの分子運動に要する活性化エネルギーが低下，③固体力学物性測定結果： PPのベータ緩和(アモルファス状態にあるPP鎖の緩和ピーク)の緩和強度が，PMPSの添加により緩和ピークの温度位置が低温側にシフトする傾向が認められ，その緩和強度もPMPSの添加量の増加と共に増える傾向が認められた等の知見が得られた。また，分子動力学計算により，単位ユニット中におけるPE分子とPMPSとの相互作用を評価した結果，強い相互作用が存在することを示唆する結果となった。また，本年度，各種フィラー充填PP系材料へのPMPS添加による力学物性改質効果の予備的検討を実施しており，この部分は当初の計画よりも先行している内容である。これらの結果より，当研究課題の達成度はおおむね順調に進展しているものと判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.各種高分子へのポリシラン添加効果の検討
今後は，高分子系の選定とPSiとの複合化する際の混練条件の最適化として，エンプラ系高分子にはポリアミド6(PA-6)，スーパーエンプラにはポリフェニレンスルフィド(PPS)の結晶性高分子を選定し，そのブレンド材料調製条件の最適化をはかる。また，調製した各種高分子とPSiブレンド材料に関して，熱的物性評価(DSC測定)，固体力学物性（動的粘弾性，引張り試験）等のマクロな物性評価を実施すると共に，PMPS添加高分子系材料のミクロな物性評価（XRD，SAXS等による結晶構造解析，長周期構造解析），超音波法による縦波音速，横波音速結果を用いたポアソン比等の基礎材料物性評価，更には陽電子消滅法等によりアモルファス領域の定量的評価を実施し，また密度測定により「結晶/非晶の二相モデル」を仮定することによりアモルファス密度を算出することなどを実施する。
2.PPによるナノシリカ表面修飾充填材添加高分子に与える物性改質効果の影響把握
平成26年度以降，PPによるナノシリカ表面修飾充填材添加高分子複合材料を調製し，PMPS添加が高分子マトリクスのみならずフィラー固体界面（ナノシリカ界面）における相互作用（Si-Si相互）の有無について評価し，その相互作用が複合材料全体の物性にどのような影響を与えるのかについて明らかにする。【物性評価項目】は上記1．と同様である。
3.PMPSの分子量効果，すなわちモノシラン～4量体ポリシランを中心としてPPを始め，エンプラ系・スーパーエンプラ系高分子とPMPS分子との相互作用エネルギーを電子構造の計算(MO)および分子動力学 (MD)シミュレーションによる解析を実施する。
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