高分子電解質ゲルの体積相転移に関する分子論的研究

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11305066
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 國府田 悦男 筑波大学, 応用生物化学系, 教授 (40124648)
• 研究分担者: 吉田 亮 筑波大学, 応用生物化学系, 講師 (80256495)
• キーワード: 高分子電解質ゲル / 体積相転移 / Flory-Huggins理論 / 分子間相互作用 / クーロン斥力 / クーロン引力 / 疎水性相互作用 / 水素結合

研究概要

本研究は、"ゲルの体積相転移が架橋高分子鎖間に働く斥力と引力のバランスの変化によって起こる"と言う仮説を、科学的に根拠あるものにすることを目的とする。そこで、架橋高分子鎖間に働く分子間相互作用が異なる高分子電解質ゲル系を用い、四つの異なった課題について実験科学的な検討を体系的に行なった。その結果、次の知見が得られた。
(1)マイクロゲルの膨潤度を解離基密度(エスレル化度及び中和度)の関数として詳細に調べると、膨潤度と解離基密度間に直線的な相関が得られた。(2)アルキルアクリルアミド及びメタクリルアミド系ゲル微粒子と同じ組成のバルクゲルの熱分析(転移エンタルビーの測定)を行うと、僅かであるが有意差が認められた。(3)レーザー光散乱法と電位差滴定法を組み合わせて、上記のゲル微粒子の体積相転移をpHと温度の関数として調べた結果、水素結合が影響と疎水性相互作用が架橋網目を収縮させる引力として作用することが示唆された。(4)ポリアクリル酸を包括固定したアルキルアクリルアミド系のゲル微粒子と、アクリル酸残基がランダムに分布するアルキルアクリルアミド系のゲル微粒子の体積相転移をpH、添加塩濃度、温度の関数として調べると、明らかな違いが認められ、アミド基とカルボキシル基の水素結合の重要性が指摘された。
なお、これら(1)-(4)の知見は、化学振動反応(Belousov-Zhabotinsky反応)を利用してゲル内のイオン基密度を変動させてゲル体積の自律振動を引き起こすことが可能なインテリジント材料や、ゲル網目中に酵素を包括固定して酵素反応によるイオン基密度を変動させるバイオケモメカニカルシステムの構築に応用されつつある。

研究成果

• [文献書誌] B.Wang,S.Mukataka,E.Kokufuta,M.Ogiso,M.Kodama :: "Viscometric, Light Scattering, and Size-Exclusion Chromatography Studies on the Structural Changes of Aqueous Poly (vinyl alcohol) Induced by γ-Ray Irradiation"J.Polym.Sci., Polym Phys.Edn.Part B.Polymer Physics. 38・1. 214-221 (2000)
• [文献書誌] B.Wang,S.Mukataka,E.Kokufuta,M.Kodama: "The Influence of Polymer Concentration on the Radiation-Chemical Yield of Intermolecular Crosslinking of Poly (vinyl alcohol) by γ-Rays in Deoxygenated Aqueous Solution"Radiat.Phys.Chem.. 59・1. 91-95 (2000)
• [文献書誌] R.Yoshida,T.Yamaguchi,E.Kokufuta: "Self-Oscillation Mechanism of Hydrogel Coupled with Chemical Oscillations"Macromolc.Symp.. 60・1. 183-189 (2000)
• [文献書誌] R.Yoshida,M.Tanaka,S.Onodera,T.Yamaguch,E.Kokufuta: "In-Phase Synchronization of Chemical and Mechanical Oscillations in Self-Oscillating Gels"J.Phys.Chem.A. 104・32. 7549-7555 (2000)
• [文献書誌] 国府田悦男: "ゲルの機能とマテリアルライフ;刺激応答性ゲルを中心として"マテリアルライフ. 12・4. 171-179 (2000)
• [文献書誌] Y.Ogawa,K.Ogawa,B.Wang,E.Kokufuta: "A Biochemo-Mechanical System Consisting of Polyampholyte Gels with Coimmobilized Glucose Oxidase and Urease"Langmuir. (印刷中). (2001)
• [文献書誌] B.Wang.E.Kokufuta: "Advances in Crystal Growth Inhibition Technogogies"Kluwer Academic / Plenum Publisheres. 235-254 (2000)
• [文献書誌] E.Kokufuta: "Physical Chemistry of Polyelectrolytes"Marcel Dekker.Inc(印刷中). (2001)