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2018 年度 実績報告書

環境調和高分子のコンホメーション特性と構造・物性・機能相関の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K05906
研究機関千葉大学

研究代表者

笹沼 裕二  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (30205877)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード環境調和高分子 / コンホメーション特性 / 構造・物性・機能相関 / 回転異性状態の統計力学 / 周期境界条件の分子軌道法 / 分子間相互作用エネルギー / 結晶弾性率 / NMR
研究実績の概要

本研究課題が当初対象としたポリマー、ポリグリコール酸、ポリ2-ヒドロキシブチレート、ポリヒドロキシ吉草酸、ポリカプロラクトン、ナイロン4、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリシクロヘキセンカーボネートについて、モデル化合物を用いた分子軌道法計算とNMR実験、および高分子鎖の回転異性状態法の統計力学計算は終了し、計画通り目的を達成した。その成果を高分子学会および国際会議で発表している。また、大半のポリマーについて国際的な学術誌に論文を発表し、さらに論文を準備している。当初は対象に考えていなかったポリブチレンカーボネート、ポリエチレンフラノエート、ポリプロピレンフラノエート、ポリブチレンフラノエートについても研究を展開している。これらについては2019年度以降も研究を継続して行く。
もう一つの課題である高分子結晶の周期境界条件の分子軌道法計算法の構築であるが、高分子鎖の基底関数重畳誤差補正法を考案し分子間相互作用の定量的な評価を可能にした。さらに、高分子結晶の弾性率計算を通して、実験家と理論家の間で長年議論されてきた均等応力モデル(結晶相と非晶相が同一の応力を受けているという仮定)の成否に関して有効なデータを与えた。この研究で扱ったポリマーはポリエチレン、ポリメチレンオキシド、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ナイロン4、ナイロン6、ポリグリコール酸である。特に、ポリメチレンオキシドについては2/1らせん(斜方晶)から9/5らせん(三方晶)への結晶転移を計算で求めたGibbsエネルギーの温度変化から理論的に再現し、転移機構をエンタルピーとエントロピーの拮抗の観点から説明した。さらに実験で得られている情報を理論計算で網羅的に解明した。この課題に関しては予想以上の成果を達成することができた。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Crystalline Moduli of Polymers, Evaluated from Density Functional Theory Calculations under Periodic Boundary Conditions2018

    • 著者名/発表者名
      Taiga Kurita, Yuichiro Fukuda, Morihiro Takahashi, and Yuji Sasanuma
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 ページ: 4824-4835

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b00506

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computational Characterization of Nylon 4, a Biobased and Biodegradable Polyamide Superior to Nylon 62018

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Fukuda and Yuji Sasanuma
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 3 ページ: 9544-9555

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b00915

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Thermal and Mechanical Properties of Poly(methylene oxide) Polymorphs Unraveled by Periodic Density Functional Theory2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Fukuda and Yuji Sasanuma
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 51 ページ: 8672-8680

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.8b01697

    • 査読あり
  • [学会発表] 周期境界密度汎関数法によるポリグリコール酸結晶の分子鎖間相互作用と力学的性質の解明2019

    • 著者名/発表者名
      笹沼 裕二
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] ポリグリコール酸系生分解性ポリマーのコンホメーション解析2019

    • 著者名/発表者名
      笹沼 裕二・山本 宏美・崔 ソミン
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] ポリシクロヘキセンカーボネートのコンフィギュレーションとコンホメーションの相関2019

    • 著者名/発表者名
      吉田 直史・青木 大亮・笹沼 裕二
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] ポリヒドロキシ吉草酸のコンホメーション解析と基礎物性予測2019

    • 著者名/発表者名
      渡部 洋太・小野 航央・笹沼 裕二
    • 学会等名
      第68回高分子学会年次大会
  • [学会発表] Structure-Property Relationships of Green Polymers2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Sasanuma
    • 学会等名
      The 3rd International Conference on Polymer Chemistry (ICPC2019)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ポリシクロヘキセンカーボネートの構造-物性相関の解明2018

    • 著者名/発表者名
      吉田 直史・青木 大亮・笹沼 裕二
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] ポリヒドロキシ吉草酸のコンホメーション解析2018

    • 著者名/発表者名
      渡部 洋太・小野 航央・笹沼 裕二
    • 学会等名
      第67回高分子討論会
  • [学会発表] Structure-Property Relationships of Green Polymers: From Single-Chain Characteristics to Crystalline Properties2018

    • 著者名/発表者名
      Yuji Sasanuma
    • 学会等名
      Energy Materials and Nanotechnology (EMN) Barcelona Meeting
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Thermal and Mechanical Properties of Poly(methylene oxide) Polymorphs Unraveled by Periodic Density Functional Theory2018

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Fukuda and Yuji Sasanuma
    • 学会等名
      1st G'L'owing Polymer Symposium in KANTO (GPS-K 2018)
    • 国際学会
  • [備考] 環境調和高分子材料研究室

    • URL

      http://chem.tf.chiba-u.jp/gacb04/

  • [備考] Yuji Sasanuma WEB SITE

    • URL

      http://www.sasanuma.org/

  • [備考] 笹沼裕二ウエッブサイト

    • URL

      http://www.sasanuma.org/indexj.html

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公開日: 2019-12-27  

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