2019 年度実施状況報告書

結晶性高分子の非平衡性を利用した人工的高次構造の構築

研究課題

研究課題/領域番号	17K05993
研究機関	京都大学
研究代表者	西田幸次京都大学, 工学研究科, 准教授 (80189290)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード	高分子・繊維加工 / 高次構造制御 / 非平衡性 / 部分融解再結晶化
研究実績の概要	一般に高分子は平衡状態に至ることが困難な物質であり、特に結晶性高分子の非平衡性は融点の低下として現れる。結晶サイズが無限大のときの理想的な融点（平衡融点）を上限値として、理論的には、結晶サイズに応じて平衡融点未満の様々な値を示すはずである。しかし、通常報告される融点は、高分子の種類毎にほぼ決まった値である。例えば、ポリプロピレンの通常の融点は約165℃とほぼ固定している（平衡融点は約185℃）。その主な理由は、結晶化過程で生成する結晶サイズが速度論に強く支配されるためである。高分子の種類毎に結晶化速度が最も速い温度域が決まっており、溶融状態からの冷却過程でその温度域を通過した際に生成する多数派の結晶サイズ（ラメラ厚）が通常の融点を支配する。したがって、結晶性高分子の通常の自己組織化による高次構造は、この速度論で支配された構造ということになる。本研究では、多段階の温度ジャンプ法を用いることで、構造形成が速度論で支配される温度領域から遠く離れたところで結晶化させ、通常では観察できない人工的な高次構造を得る。そのような温度領域では非平衡性を強く帯びた構造となる。次の段階で非平衡性を解放できるような活性化状態を経ることで、平衡状態へ向かう駆動力を著しく上昇される条件が出現することを見出した。これにより当初の研究目的に掲げた融点の逆転現象やそれによる逆転結晶リングの観察に成功する等、既に良好な実験結果は得られているが、そのことを実証するために作成した温度ジャンプ装置が本研究のみならず広い分野での応用が期待されることから、装置の用途と性能を公表する論文を先に出版した（研究発表の項を参照）。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由本研究を遂行する過程で開発した装置が、本研究に限らず広く他分野への応用も期待できることから、装置に重点を置いた論文を優先して出版した（研究発表の項を参照）。この装置開発の論文の準備へ時間配分したこともあり、本研究の中心的課題である人工的高次構造に関する論文を精緻に仕上げるのにあと少しの時間を要する。
今後の研究の推進方策	本研究課題に関しては、本研究の中心的課題である人工的高次構造に関する成果をまとめた論文出版を残すのみである。予算的にもその出版費用分だけ繰り越した。当初に想定した成果は得られたが、まだまだ発展のある分野であるので、この基盤研究(C)の予算年度は終了後もさらなる高次構造制御をめざして研究を継続する予定である。
次年度使用額が生じた理由	投稿し残した論文の投稿料と別刷り代相当額を次年度に繰り越した。