高分子結晶のパターン形成における対掌性選択と分岐の機構

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13640386
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 戸田 昭彦 広島大学, 総合科学部, 助教授 (70201655)
• 研究分担者: 彦坂 正道 広島大学, 総合科学部, 教授 (60087103)
• キーワード: 高分子 / 単結晶 / 自己組織化 / 高次構造 / バンド球晶 / 3次元形態 / カイラリティ / 応力場

研究概要

高分子の結晶化では単純液体では出現し得ない非常に複雑で多彩な高次構造が自己組織化される。その典型的な例として、融液からの高分子球晶の成長において、数μm〜数十μm程度の幅を持つ同心円状の周期構造(いわゆる標的パターンと類似のもの)が自発的に出現することが知られている。本年度の研究では、光学顕微鏡や電子顕微鏡による観察と画像解析および電子線回折などの実験的手法を用いることにより、周期構造出現の第一原因である微結晶捻れの対掌性選択機構を目的とした。
具体的には、まず分子構造にカイラリティーのないポリフッ化ビニリデンにおいて、どのようにしてラメラ状微結晶間のねじれが生じるのかについて、原子間力顕微鏡によるバンド球晶表面の観察を行った結果、ラメラ状微結晶の捻れを明瞭に確認できた。また球晶中心の周りの観察結果から、捻れおよびテラスの向きの相関も確認された。
さらに、分子構造にカイラリティーのある生分解性高分子PHBの球晶と、香料として使用される有機物Coumarinの球晶で、非常によく似た同心円状の周期構造が現れることを確認した。
これらの知見をもとにして、分子構造のカイラリティーと微結晶捻れの対掌性選択機構の相関に重点を置いて、高分子・有機物などのソフトマテリアルの特徴であるflexibilityが顕著に現れていると考えられる結晶内部における応力場の影響により、巨視的な同心円状のパターンの生々機構を明らかにするという立場で、来年度の研究を進めていく。

研究成果

• [文献書誌] A.Toda, T.Arita, M.Hikosaka: "Three-dimensional morphology of PVDF single crystals forming banded spherulites"Polymer. 42. 2225-2235 (2001)
• [文献書誌] A.Toda, K.Yamada, M.Hikosaka: "Superheating of the melting kinetics in polymer crystals: a possible nucleation mechanism"Polymer. 43. 1667-1679 (2002)
• [文献書誌] A.Toda, Y.Takahashi, T.Arita, M.Hikosaka, T.Furukawa: "Application of periodically modulated driving force to the transition kinetics in VDF/TrFE copolymers"J. Chem. Phys.. 114. 6896-6905 (2001)
• [文献書誌] A.Toda, C.Tomita, T.Arita, M.Hikosaka: "Periodically modulated driving force applied with TMDSC to the crystallization and melting kinetics of ice crystals confined in a porous silica gel"J. Thermal Anal. Calor.. 64. 775-782 (2001)
• [文献書誌] S.Yamazaki, M.Hikosaka, G.Gu, S.K.Ghosh, M.Arakaki, A.Toda: "Effect of entanglement on nucleation rate of polyethylene"Polymer J.. 33. 906-908 (2001)
• [文献書誌] K.Sato, A.Toda: "Physical mechanism of stick-slip behavior in polymer melt extrusion : temperature dependence of flow curve"J. Phys. Soc. Japan. 70. 3268-3273 (2001)