絡み合い高分子の流動誘電緩和:高速流動下の非平衡分子運動に対する基礎的研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650884
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 渡辺 宏 京都大学, 化学研究所, 助教授 (90167164)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 井上 正志 京都大学, 化学研究所, 助手 (80201937) ; 尾崎 邦宏 京都大学, 化学研究所, 教授 (00027046)
• Keywords: 絡み合い高分子鎖 / A型双極子 / 大規模鎖運動 / 流動誘電測定 / 管理論 / 流動誘起束縛開放機構 / 熱的束縛開放機構

Research Abstract

高速流動下の溶融絡み合い高分子鎖の非平衡分子運動は、学術的にも実用的にも重要であるにもかかわらず、十分に解明されていなかった。このような状況に鑑み、本研究では、A型双極子を持つ高分子鎖の大規模運動が誘電活性であることに着目し、流動下で誘電測定を行うことで、高速流動下の非平衡鎖運動を検出・解析した。
代表的A型鎖である絡み合い直鎖ポリイソプレンについての流動誘電測定の結果、鎖の平衡緩和速度より10倍以上速い高速流動下で著しい非ニュートン性が観察される領域においてすら、流動の速度勾配方向の鎖運動は流動の影響を殆ど受けないことが明らかとなった。絡み合い星型ポリイソプレンについても、流動の速度勾配方向の鎖運動はやや(30%程度)加速されるに留まった。また、いずれの鎖についても、流動の速度勾配方向の鎖の拡がりは、流動に殆ど影響されなかった。これらの結果は、高速流動下の鎖の配向が、絡み合い鎖に対する古典的管理論の予想より遥かに弱いことを示す。この弱い配向は、最近提唱されている流動誘起束縛解放機構を支持するものである。
また、上記の直鎖と星型鎖の差に関連して、誘電量と粘弾性量の比較から、これらの鎖の大規模平衡運動の特徴を精密解析した。その結果、直鎖の大規模平衡運動は現在の精密管理論で想定されている膨張管中の運動と一致するが、星型鎖の大規模運動は膨張管中の運動としては記述されないこと、この星型鎖の運動は熱的束縛解放機構に支配されていることが明らかとなった。この結果に基づき、星型鎖に対する精密管理論をさらに修正したところ、誘電量と粘弾性量の双方についての理論と実験の一致が改善された。この結果は、直鎖と星型鎖の終端緩和機構の差を示すもので、上記の高速流動下で挙動の差(運動の加速の有無)はこの終端緩和機構の差を反映することが示唆された。

Research Products

• [Publications] Y.Matsumiya, H.Watanabe: "Further Test of the Tube Dilation Process in Star-Branched cis-Polyisoprene : Role of Branching-Point Fluctuation"Macromolecules. 34(16). 5702-5710 (2001)
• [Publications] H.Watanabe: "Investigation of Entanglement Dynamics of Flexible Polymer Chains via Comparison of Dielectric and Viscoelastic Properties : A Review of Recent Findings"Korea-Australia Rheol. J.. 13(4). 205-217 (2001)
• [Publications] H.Watanabe, Y.Matsumiya, T.Inoue: "Dielectric and Viscoelastic Relaxation of Highly Entangled Star Polyisoprene : Quantitative Test of Tube Dilation Model"Macromolecules. (印刷中;35巻6号に掲載予定). (2002)