高分子鎖のトポロジーと核生成

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12127205
• 研究種目: 特定領域研究(B)
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 彦坂 正道 広島大学, 総合科学部, 教授 (60087103)
• 研究分担者: 河原 成元 長岡技術科学大学, 助教授 (00242248) ; 戸田 昭彦 広島大学, 総合科学部, 助教授 (70201655)
• キーワード: 結晶化 / 核生成 / 絡みみ合い / 分子量 / バンド球晶 / 形態 / 天然ゴム / 脂肪酸

研究概要

高分子の核生成の初期過程である「誘導期」は結晶核が定常的に発生するまでの期間であるが、その分子論的実体は不明である。われわれはポリエチレンの単結晶の核生成における誘導時間が分子量の増大とともにべき乗で増大するという「高分子誘導期の分子量に関するべき乗則」をはじめて発見した。われわれはさらに核生成速度のべき乗則も発見した。誘導時間の過冷却度依存性から誘導期の活性化段階が臨界核形成であることが明らかになった。この事実から誘導期の温度依存性は低分子系で確立されている「古典的核生成理論」によって説明できることが明らかになった。しかし、誘導期の分子量依存性は高分子固有の現象であり、べき乗則から、「高分子の誘導期が、高分子鎖が融液中の絡み合いを解きながら臨界核へとすべり拡散することにより再配列していくトポロジー的過程である」ことが初めて明らかになった。以上の結果から、核生成初期過程である誘導期と後期過程である定常的核生成期は同一のトポロジー的本質を持つことが結論できた
高分子球晶は同心円上のパターンを示すことがあり、非平衡パターン形成として興味深い。ポリフッ化ビニリデン球晶について結晶の3次元形態を電子顕微鏡観察し結晶歪みを解消するために導入されたスパイラルテラスに由来する、という新たな機構を提唱した。
天然ゴムの核生成と線成長を光学顕微鏡的に観察し、ゴム分子鎖に結合する脂肪酸と混在する脂肪酸の相乗効果によって促進されていることを見出した。この脂肪酸を単離・抽出してガスクロマトグラフィーにてキャラクタリゼーションを行ったところ、ゴム分子鎖に結合している脂肪酸は主に飽和脂肪酸であり、混在する脂肪酸は主に不飽和脂肪酸が主成分であることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] S.K.Ghosh: "Power law of nucleation rate of folded chains single crystals of polyethylene"Colloid & Polym.Sci.. In press.
• [文献書誌] P.Maiti: "Lamellar thickening in isotactic polypropylenewith high tacticity crystallized at high temperature"Macromolecules. 33. 9069-9075 (2000)
• [文献書誌] M.Hikosaka: "Lamellar Thickening Growth of an Extended Chain Single Crystal of Polyethylen (II)-ΔT dependence of lamellar thickening growth rate and comparison with lamellar thickening"J.Mat.Sci. 35. 5157-5168 (2000)
• [文献書誌] G.Z.Li: "Effect of cyrstallization conditions on single crystals of ladderlike Polyphenylsesquioxnae (PPSQ)"Polymer. 41. 2827-2830 (2000)
• [文献書誌] K.Nozaki: "Mechanism of primary nucleation and origin of hysteresis in the rotator phase of an Odd n-alkane"J.Mat.Sci.,. 35. 1239-1252 (2000)
• [文献書誌] M.L.Amal: "Nucleation and crystallization of isotactid polypropylene droplets in an immischible polystyrene matrix,"Macromol.Chem.Phys. 201(17). 2593-2504 (2000)
• [文献書誌] A.Toda: "A calibration of complex heat capacity obtained by temperature-modulated DSC in transition regions"Polymer. 41. 8941-8951 (2000)
• [文献書誌] A.Toda: "An unusual behavior in the melting region of isotactic polypropylene crystals revealed by Temperature-Modulated DSC"J.Mater.Sci.. 35. 5085-5090 (2000)
• [文献書誌] A.Toda: "Three-dimensional morphology of PVDF single crystals forming banded spherulites"Polymer. 42. 2225-2235 (2001)
• [文献書誌] S.Kawahara: "Crystallization Behavior and Strength of Natural Rubber Isolated from Different Hevea Clone"Rubber Chemistry and Technology. 73. 39-46 (2000)
• [文献書誌] S.Kawahara: "Characterization of Fatty Acids linked to Natural Rubber-Role of linked fatty acids on Crystallization of the Rubber-"Polymer. 41. 7483-7488 (2000)
• [文献書誌] S.Kawahara: "Crystallization Behavior and Strength of Natural Rubber-Skim Rubber, Deproteinized Natural Rubber and Pale Crepe-"Journal of Applied Polymer Science. 78. 1510-1516 (2000)
• [文献書誌] S.Akiyama: "Free Volume of cis-1,4 polyisoprene/polybutadiene blends"Polymer Bulletin. 45. 275-279 (2000)
• [文献書誌] 河原成元: "高純度天然ゴムの物性"日本ゴム協会誌. 73. 627-633 (2000)
• [文献書誌] 河原成元: "ゴム事典(分担執筆)"朝倉書店. 587 (2000)