2015 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ粒子分散高分子系における流動誘起ゲル化の分子機構の解明
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25410224
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
古賀 毅 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80303866)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 流動誘起ゲル化 / シア・シックニング / 組み替え網目理論 / シミュレーション / ナノ粒子 / 会合性高分子 / クレイ / レオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，申請者が発展させてきた「組み替え網目理論」と分子動力学シミュレーション法をナノ粒子が分散した高分子系に適用し、流動誘起ゲル化，及びそれに伴う劇的なシア・シックニング現象の分子機構を解明し，その制御を行う理論的基礎を構築することを目的として研究を行った．具体的には，(1)球状粒子と複数の会合基を有する会合性高分子の混合系と(2)円盤状のクレイ粒子と会合性高分子の混合系の構造形成とレオロジーに関する研究を行った．
(1)まず，平衡状態でのゾル・ゲル転移点近傍で剪断流動下でのシミュレーションを行い，流動誘起ゲル化の再現に成功した．詳細な解析の結果，ニュートン領域では高分子鎖がいくつかのコロイド粒子と強く会合しコンパクトなコンホメーションを取っているが，剪断流が大きくなるとその構造が壊されて拡がったコンホメーションになって分子間会合・ネットワーク形成が促進され，これによりシア・シックニング現象が起こることが分かった．
(2)まず，円盤状粒子を精密に扱うために，あらゆるアスペクト比の物体を厳密に取り扱うことができる計算スキーム・プログラムの開発を行った．この方法を用いて，棒状から円盤状まで連続的に粒子形状を変化させたときのネマチック相やコラムナー相の濃度依存性を調べた．この知見を基に円盤状粒子/高分子混合系のシミュレーションを行い，剪断流動下でクレイがクレイ平面の法線ベクトルと剪断速度勾配方向が平行になるように配向することを見出した．
本研究により，ナノ粒子が分散した高分子系の流動誘起ゲル化及びそれに伴う劇的なシア・シックニング現象の分子機構を解明できたので，これらの系のレオロジー挙動の制御，及び新規ナノ粒子分散高分子系の設計指針の構築に重要な基礎的知見を得ることができたと考えられる．
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