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2016 年度 実施状況報告書

環動高分子材料の大変形・破壊メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K17905
研究機関東京大学

研究代表者

眞弓 皓一  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30733513)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード高分子構造・物性 / 小角X線散乱 / 高分子ゲル / ポリロタキサン
研究実績の概要

初年度に実施した環動ゲルの破壊試験から、環動ゲルの破壊靭性は架橋密度には依存せず、架橋点のスライド可能距離が支配因子であることが示唆された。当該年度は、伸長下における環動ゲルの微細構造変化を調べ、マクロな破壊靭性を生み出しているミクロな起源を明らかにすることを目的とした。環動ゲルの一軸伸長下における小角X線散乱(SAXS)測定を行い、延伸に平行方向のセクター平均によって得られた散乱関数を解析した。ゲルの散乱関数は溶液的な熱揺らぎに由来する成分と網目の不均一構造に由来する成分の足し合わせである。通常の固定架橋ゲルでは、不均一構造は固定架橋によって凍結されており、デバイ・ビュッケ型の散乱関数で表される。一方、環動ゲルの場合、未延伸、または延伸倍率が低い時には、不均一構造に由来する成分はオルンシュタイン・ゼルニケ型の散乱関数で表され、不均一構造が架橋点の可動性によって熱的に揺らいでいることが明らかとなった。延伸倍率が20%を越えると、延伸に伴って不均一成分はオルンシュタイン・ゼルニケ型からデバイ・ビュッケ型への変化し、架橋点の可動性が凍結されることが分かった。また、全体の散乱強度に対する不均一構造に起因する成分の割合を計算したところ、環動ゲルの場合、特に延伸倍率が小さい領域において、通常の固定架橋ゲルよりも不均一成分の比率が低く、より均一な網目構造を有していることが実証された。以上の結果は、環動ゲル内部における架橋点の可動性を裏付け、環動ゲルの強靭性の微視的な起源を示すものである。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

SAXS法による構造解析によってゲルの階層構造に関する定量的な情報を抽出する手法は確立でき、架橋点の可動性が網目構造に与える影響を明らかにすることができた。ただし、亀裂先端周辺における局所構造を観察するための実験系の整備に時間がかかっており、次年度も引き続き取り組む。一方、次年度予定している溶媒を含まない環動エラストマー材料の作製については、試料作製条件の検討は目途がたった。

今後の研究の推進方策

今後は、亀裂先端における歪み分布を観察するための実験システム構築に引き続き取り組む。また、溶媒を含まない環動エラストマーについても、マクロな力学試験および微細構造解析を行い、架橋点の可動性によるゴム材料の強靭化メカニズムを明らかにする予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件、 招待講演 8件)

  • [雑誌論文] Mechanical properties of supramolecular elastomers prepared from polymer-grafted polyrotaxane2017

    • 著者名/発表者名
      Minato, K., Mayumi, K., Maeda, R., Kato, K., Yokoyama, H., Ito, K.
    • 雑誌名

      Polymer

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.polymer.2017.02.090

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 動的架橋による高分子エラストマーの強靭化メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一
    • 学会等名
      第41回エラストマーの補強研究分科会
    • 発表場所
      東部ビル(東京都港区)
    • 年月日
      2017-03-28
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的架橋エラストマーの力学・破壊特性2017

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一
    • 学会等名
      第50回新世代エラストマー技術研究分科会
    • 発表場所
      東部ビル(東京都港区)
    • 年月日
      2017-03-13
    • 招待講演
  • [学会発表] 高強度ゲルの力学・破壊特性2017

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一
    • 学会等名
      第34回高分子学会千葉地域活動若手セミナー
    • 発表場所
      東京理科大学 葛飾キャンパス(東京都葛飾区)
    • 年月日
      2017-03-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Mechanical and Fracture Properties of Slide-Ring Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Koichi MAYUMI, Liu CHANG, Kazuaki KATO, Hideaki YOKOYAMA, Kohzo Ito
    • 学会等名
      11th International Gel Symposium
    • 発表場所
      日本大学 津田沼キャンパス(千葉県習志野市)
    • 年月日
      2017-03-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Toughening Mechanism of Dynamically Cross-linked Polymeric Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Koichi Mayumi
    • 学会等名
      IMCE International Polymer Symposium
    • 発表場所
      九州大学 筑紫キャンパス(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2017-01-31
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fracture Properties of Slide-Ring Materials2016

    • 著者名/発表者名
      Koichi Mayumi, Chang Liu, Kazuaki Kato, Hideaki Yokoyama, Kohzo Ito
    • 学会等名
      The 11th SPSJ International Polymer Conference
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡県福岡市)
    • 年月日
      2016-12-15
    • 国際学会
  • [学会発表] 動的架橋高分子材料の力学・破壊特性2016

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一、劉 暢、加藤 和明、横山 英明、伊藤 耕三
    • 学会等名
      平成28年度 繊維学会秋季研究発表会
    • 発表場所
      山形大学 米沢キャンパス(山形県米沢市)
    • 年月日
      2016-09-20
    • 招待講演
  • [学会発表] 環動ゲルの破壊特性2016

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一、劉 暢、加藤 和明、横山 英明、伊藤 耕三
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2016-09-14
    • 招待講演
  • [学会発表] 環動高分子材料における架橋点の可動性と物性の相関2016

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一、 加藤 和明、横山 英明、伊藤 耕三
    • 学会等名
      第33回シクロデキストリンシンポジウム
    • 発表場所
      かがわ国際会議場(香川県高松市)
    • 年月日
      2016-09-09
  • [学会発表] 散乱法とレオロジー測定による環動高分子材料の物性解析2016

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一
    • 学会等名
      第10回超分子若手懇談会
    • 発表場所
      マホロバ・マインズ三浦(神奈川県三浦市)
    • 年月日
      2016-08-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 動的架橋高分子材料の分子ダイナミクスと力学物性2016

    • 著者名/発表者名
      眞弓 皓一
    • 学会等名
      関東高分子若手研究会 サマーキャンプ2016
    • 発表場所
      アカデミーハウス館山(千葉県館山市)
    • 年月日
      2016-08-04
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16  

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