小角中性子散乱法を用いた高分子編目に働く僅かな水の高強度化機構の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25810131
• Research Institution: 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び東海事業センター(利用研究促進部))
• Principal Investigator: 富永 大輝 一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び東海事業, その他部局等, 研究員 (50513694)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 高分子網目 / ソフトマター / 水 / 中性子散乱 / 孔分布解析 / 階層構造

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者のこれまでの研究成果から、ともに水溶性高分子であるpolyacrylamideゲルとpoly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid sodium saltゲル)で構成されるDouble Networkゲルで構成される多孔質高分子試料は、5wt%程度の水を含む試料は、絶乾試料よりも弾性率、最大破断応力ともに大きくなる現象を発見した。ソフトマターの重要な特徴の1つは、水の存在によって物性が大きく影響することであるが、ここでは、水が、階層性を有するソフトマター中のどの階層にどのように吸着し、高分子物質の機械強度へどのように働くのかを水蒸気雰囲気制御下における小角中性子/X線散乱法、中性子準弾性散乱法等を用いた実験に基づいた高分子網目モデルの構築を進めた。
作成した高分子網目モデルでは、フラクタル様のモデルを用いることとした。試料の細孔分布は、2nmから100μm以上の連続したフラクタル的分布を有しており、2次元モルフォロジー解析により、網目骨格も空間スケールに応じて骨格太さがフラクタル的に分布していることが分かった。小角散乱法の解析では、重水水蒸気と軽水水蒸気を用いた異なるコントラスト条件のデータを同様、表面フラクタル解析によって統一的に理解することに成功した。また、水蒸気雰囲気下かつ延伸下における小角散乱測定システム・準弾性散乱測定システムを構築した。これまで得られた一連の結果により、網目骨格に関する詳細情報を得ることができ、poly(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid sodium salt網目骨格に対し、polyacrylamideは縮んだ状態で纏わり付いており、延伸時は主骨格の補強材として働くことを見いだした。

Research Products

• [Journal Article] Gelation process of polyacrylonitrile solutions as studied using small‐angle neutron scattering techniques (2016)
  • Author(s): Shota Nakano, Soken Konno, Naoto Tomita, Go Matsuba, Taiki Tominaga, Shin‐ichi Takata
  • Journal Title: Microsystem Technologies Volume: 1 Pages: 57-63
  • DOI: 10.1007/s00542-015-2653-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Design and q Resolution of the Small and Wide Angle Neutron Scattering Instrument (TAIKAN) in J-PARC (2016)
  • Author(s): Shin-ichi Takata, Jun-ichi Suzuki, Takenao Shinohara, Takayuki Oku, Taiki Tominaga, Kazuki Ohishi, Hiroki Iwase, Takeshi Nakatani, Yasuhiro Inamura, Takayoshi Ito, Kentaro Suzuya, Kazuya Aizawa, Masatoshi Arai, Toshiya Otomo, and Masaaki Sugiyama
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 036020-1～6
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.036020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Performance of TOF near Backscattering Spectrometer DNA in MLF, J-PARC (2015)
  • Author(s): Kaoru Shibata, Nobuaki Takahashi, Yukinobu Kawakita, Masato Matsuura, Takeshi Yamada, Taiki Tominaga, Wataru Kambara, Makoto Kobayashi, Yasuhiro. Inamura, Takeshi Nakatani, Kenji Nakajima and Masatoshi Arai
  • Journal Title: JPS Conference Proceedings Volume: 8 Pages: 036022-1～7
  • DOI: 10.7566/JPSCP.8.036022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 中性子実験装置「J-PARC編」（14）逆転配置分光器 J-PARCパルス中性子源における結晶アナライザー逆転配置分光器DNA (2015)
  • Author(s): 柴田薫，高橋伸明，川北至信，松浦直人，富永大輝，山田武，蒲沢和也
  • Journal Title: 波紋 vol26 no.1 Volume: 26 Pages: 37-41
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 小角散乱法を用いた Double Network キセロゲルの構造解析 (2016)
  • Author(s): 富永大輝、高田慎一、山田武、松浦直人、柴田薫
  • Organizer: PF研究会「徹底討論!小角散乱の魅力~基礎・応用・ 産業利用」
  • Place of Presentation: 高エネルギー加速器研究機構
  • Year and Date: 2016-03-30 – 2016-03-31
• [Presentation] Hierarchical structure of DN polymers (xerogel) (2016)
  • Author(s): 富永大輝、高田慎一、山田武、松浦直人、柴田薫
  • Organizer: 2015年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2016-03-15 – 2016-03-16
• [Presentation] Moisture effect on mechanical strength of hydrophilic polymer network by neutron scattering (2015)
  • Author(s): Taiki Tominaga, Shinichi Takata, Takeshi Yamada, Masato Matsuura, and Kaoru Shibata
  • Organizer: 第 63 回レオロジー討論会
  • Place of Presentation: 神戸大学工学部
  • Year and Date: 2015-09-23 – 2015-09-25
  • Int'l Joint Research