理想高分子網目実現に向けたポリマーネットワークの精密構造解析と不均一性制御

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22245018
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 柴山 充弘 東京大学, 物性研究所, 教授 (00175390)
• 研究分担者: 酒井 崇匡 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70456151)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 小角中性子散乱 / Tetra-PEG / 理想ポリマーネットワーク / イオンゲル / ゲル化 / 動的光散乱 / フェノール樹脂 / トポロジカル欠陥

研究概要

末端にそれぞれアミン基とN-ヒドロキシスクシンイミジル基を持つ4つの等しい長さのPEG鎖をもつ反応性モジュールを末端交差結合することにより得られる、高度に制御された網目構造を持つ“理想的”ポリマーネットワークを主たる対象とし、ゴム弾性論や高分子物理学の本質に関わる基本的事項について、特に構造と物性の相関の観点から研究を行った。研究手段には、小角中性子散乱(SANS)をはじめとし、動的光散乱(DLS)、小角Ｘ線散乱(SAXS)、力学試験、レオロジー、膨潤・収縮実験、示差熱分析(DSC)、赤外分光、など多くの構造解析、分析手段、さらには計算機シミュレーションも動員し、理想的ポリマーネットワークTetra-PEGゲルをはじめ、天然ゴムやフェノール樹脂、紐状ミセルなど、さまざまな架橋系高分子の構造と物性の関連について総合的な解明をおこなった。特にTetra-PEGハイドロゲルについては、（１）赤外分光法によるゲル化過程のキネティックス、（２）力学物性、（３）トポロジカル欠陥、（４）SANSによる一軸延伸下でのTetra-PEG鎖の変形挙動の研究、（５）加水分解の精密制御、（６）SANSによるTetra-PEGイオンゲルの構造研究、（７）膨潤・収縮挙動が力学物性に及ぼす影響、（８）DLSによるゲル化過程の研究、などの研究を精力的・系統的に行った。
これらの研究を通じて、理想ポリマーネットワークおよびその対照高分子系に対し、構造を分子次元で徹底的に解明するとともに、弾性率、破断強度、破断伸び、ヒステリシス挙動、膨潤度などの巨視的物理量との対応づけができ、応用まで視野に入れた精密高分子網目の科学の創成に道を拓くことができた。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] High-performance ion gel with tetra-PEG network (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujii, K., Asai, H., Ueki, T., Sakai, T., Imaizumi, S., Chung, U., Watanabe, M., Shibayama, M.
  • 雑誌名: SoftMatter 巻: 8 ページ: 1756-1759(
  • DOI: DOI:10.1039/c2sm07119c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of swelling and deswelling on the elasticity of polymer networks in the dilute to semi-dilute region (2012)
  • 著者名/発表者名: Sakai, T., Kurakazu, M., Akagi, Y., Shibayama, M., Chung, U.
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 2730-2736
  • DOI: DOI:10.1039/c2sm07043j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-mechanical property relationship of tough hydrogels (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibayama, M.
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 8030-8038
  • DOI: DOI:10.1039/c2sm25325a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetic Study for AB-Type Coupling Reaction of Tetra-Arm Polymers (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishi, K., Fujii, K., Chijiishi, M., Katsumoto, Y., Chung, U., Sakai, T., Shibayama, M.
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 ページ: 1031-1036
  • DOI: DOI:10.1021/ma202386k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical properties of polymer network of Tetra-PEG gel (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugimura, A., Asai, M., Matsunaga, T., Akagi, Y., Noguchi, H., Shibayama, M.
  • 雑誌名: Polym. J., online 巻: 45 ページ: 300-306
  • DOI: DOI:10.1038/pj.2012.149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stress Relaxation and Hysteresis of Nanocomposite Gel Investigated by SAXS and SANS Measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishida, T., Obayashi, A., Haraguchi, K., Shibayama, M.
  • 雑誌名: Polymer 巻: 53 ページ: 4533-4538
  • DOI: DOI:10.1016/j.polymer.2012.07.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rubber Elasticity for Incomplete Polymer Networks (2012)
  • 著者名/発表者名: Nishi, K., Chijiishi, M., Katsumoto, Y., Nakao, T., Fujii, K., Chung, U., Noguchi, H., Sakai, T., Shibayama, M., J.Chem.
  • 雑誌名: Phys 巻: 137 ページ: 224903-1-7
  • DOI: DOI:10.1063/1.4769829
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis of High Performance Ion-Gel Comprising Tetra-PEG Network (2012)
  • 著者名/発表者名: Asai, H., Fujii, K., Shibayama, M., et al.
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 ページ: 3902-3909
  • DOI: 10.1021/ma300244u
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optimization of the thickness of a ZnS/(LiF)-Li-6 scintillator for a high-resolution detector installed on a focusing small-angle neutron scattering spectrometer (SANS-U) (2012)
  • 著者名/発表者名: Iwase, H., Katagiri, M., Shibayama, M.
  • 雑誌名: J. Appl. Cryst 巻: 45 ページ: 507-512
  • DOI: 10.1107/S0021889812008928
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anomalous volume phase transition in a polymer gel with alternative hydrophilic-amphiphilic sequence (2012)
  • 著者名/発表者名: Kamata, H., Chung, U., Shibayama, M., Sakai, T.
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 8 ページ: 2876-2879
  • DOI: 10.1039/c2sm25168j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Star-Shaped Trimeric Quaternary Ammonium Bromide Surfactants: Adsorption and Aggregation Properties (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshimura, T., Kusano, T., Iwase, H., Shibayama, M.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 28 ページ: 9322-9331
  • DOI: 10.1021/la301220y
  • 査読あり
• [学会発表] Structure and Gelation Dynamics of Tetra-PEG Ion Gels (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibayama, M.
  • 学会等名: Workshop on "Trends and Perspectives in Neutron Scattering for Soft Mater and Biophysics"
  • 発表場所: Tutzing, Germany
  • 年月日: 20121008-20121011
  • 招待講演
• [学会発表] Structure and Properties of Connectivity-Controlled Tetra-PEG Gels (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibayama, M.
  • 学会等名: 'Polymeric and Self-assembling Hydrogels - From Fundamental Understanding to Applications
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 20120903-20120907
  • 招待講演
• [学会発表] Structure and properties of tetra-PEG ion gels (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibayama, M.
  • 学会等名: Polymer Network Group Meeting 2012
  • 発表場所: Jackson Hole
  • 年月日: 20120810-20120818
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation and Structural Characterization of High-Strength Ion Gels (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibayama, M.
  • 学会等名: MACRO2012
  • 発表場所: Virginia, USA
  • 年月日: 20120624-20120629
  • 招待講演
• [学会発表] Structure and Properties of Tetra-PEG Ion Gels (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibayama, M.
  • 発表場所: Chengdu, China
  • 年月日: 20120604-0608
• [図書] Fabrication, Structure, Mechanical Properties, and Application of Tetra-PEG Hydrogels Oren Scherman and Xian Jun Loh, Eds (2012)
  • 著者名/発表者名: Shibayama, M., Sakai, T.
  • 総ページ数: 2-38
  • 出版者: Polymeric and Self Assembled Hydrogels: Fundamentals to Applications
• [備考] 東京大学柴山研究室
  • URL: http://shibayama.issp.u-tokyo.ac.jp/mitsu/Publication/Publication.html