ゲルの体積相転移の機構および静電相互作用の効果の解明

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08454184
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 前田 悠 九州大学, 理学部, 教授 (20022626)
• 研究分担者: 佐々木 茂男 九州大学, 理学部, 助手 (30225867)
• キーワード: ゲル / ゲルの体積相転移 / 熱測定 / 感熱性ゲル / N-イソプロピルアクリルアミドゲル / ゲルの水素イオン滴定

研究概要

I.N-イソプロピルアクリルアミド(NIPA)ゲルの体積相転移に及ぼす共重合アクリル酸の効果。
2.pHの効果
我々は既にNIPAゲルに微量の電荷を導入すると、温度変化に伴うゲルの体積変化は連続的となり相転移挙動が消失することを見出した。これは少なくとも次の二つの問題を引き起こしている。(1)従来の報告との矛盾。(2)電荷の導入はNIPA以外の系、例えばアクリルアミドゲルなどでは、体積相転移を引き起こす。この電荷の効果に関する一般論との関係。
(1)について我々は、一定pHでの温度変化に伴う体積変化が電荷量一定で起こっているとを確認する必要があると考えた。そこで水素イオン滴定を行った。その結果、驚くべきことに、本来温度依存を示さないカルボキシル基のpK_0が温度上昇と共に増加していること、その結果収縮状態では膨潤状態よりも電荷が著しく減少していることなどを見い出した。
つまり従来の報告の条件下では、電荷量一定の体積変化となっていないことを明らかにした。このようにして矛盾を解決することが出来た。
II.NIPAゲルの体積相転移の熱容量測定
1.ゲルの体積変化に伴う熱測定においては、体積変化が遅いために、平衡状態の測定になっているかを検討する必要がある。平衡状態を得るために、昇温速度の効果を調べることは広く行なわれている。しかしゲルではゲル体積がその変化速度に大きく影響する。そこでゲル体積の効果を調べる必要がある。
2.我々は色々な大きさのゲルを調製し、総重量一定でゲルの大きさの違いが、熱容量の温度変化に与える効果を調べることを開始した。その結果、ゲルの大きさの違いによる有意義な差を見い出した。

研究成果

• [文献書誌] S.Sasaki: "A Simple New Method for Determining Diffusion Coefficients of Interacting Molecules in Porus Silica and Gels" Bull.Chem.Soc.Jpn.69(8). 2173-2178 (1996)
• [文献書誌] H.Kawasaki: "Saccharide-induced volume phase transition of N-isopropylacrylamide gels" J.Phys.Chem.100(40). 16282-16284 (1996)
• [文献書誌] R.Kakehashi: "Donnan Equilibria of Simple Salts in Polyelectrolyte Solutions Part II.Extension to polycations and the effect of charge densities," J.Chem.Soc.Faraday Trans.92(22). 4441-4444 (1996)
• [文献書誌] S.Sasaki: "A Simple Theory for the Volume Phase Transition of Hydrogels," Phys.Rev.E. 54(3). 2761-2765 (1996)
• [文献書誌] S.Sasaki: "Volume Phase transition Behavior of NIPA Gels as a Function of the Chemical Potential of Water" Macromolecules. (印刷中).
• [文献書誌] 前田 悠: "高分子電解質の構造形成と相挙動" 表面. 34(11). 683-692 (1996)
• [文献書誌] F.Kano: "Monte Carlo Simulation of the β-sheet-Random Coil Transition of a Homopolypeptide.I.Equilibrium Study" Molecular Simulation. 16. 261-274 (1996)
• [文献書誌] H.Maeda: "Dodecyldimethylamine Oxide Micelles:Stability,Aggregation Number and Titration Properties" Colloid & Surface. A109. 263-271 (1996)
• [文献書誌] R.Kakehashi: "Donnan Equilibria of Simple Salts in Polyelectrolyte Solutions" J.Chem.Soc.Faraday Trans.92(17). 3117-3121 (1996)
• [文献書誌] J.-S.Hong: "Cloud Points and Phase Separation of Aqueous Poly(N-vinylacetamide)Solutions in the Presence of Salts" Colloid & Polym.Sci.274(11). 1013-1019 (1996)
• [文献書誌] 前田 悠: "高分子(コロイド)電解質" コロイド科学III(日本化学会編・東京化学同人). 第1部2章. 16-35 (1996)