モデル高分子網目のひずみエネルギー密度関数の解析

模型聚合物网络应变能密度函数分析

• 批准号: 09750990
• 负责人: 浦山 健治
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750990/
• 关键词: 高分子ゲル; ゴム弾性; 膨潤; 高分子網目; 小角散乱; エラストマー; モデル高分子網目

高分子網目構造が発現するゴム弾性を分子論的見地から検討する、すなわち網目のトポロジーとゴム弾性の相関を解明することを目的とし、末端架橋法によって架橋点間の分子量および分岐度が高度に制御された試料の力学測定および構造解析を行った。一次高分子鎖として、一連の分子量のポリジメチルシロキサン(PDMS)を用いた。オリゴマー領域の低分子量から高度の絡み合いを形成する高分子量までのPDMSから作製された各ゲルを良溶媒中で膨潤させ、小角X線散乱法によって、ゲルの構造の一次高分子鎖の分子量依存性を調べた。ゲルの散乱曲線は、架橋前に一次鎖が絡み合っているグループと絡み合っていないグループの2種に大別された。この結果は、架橋前に絡み合いが形成されている系から作製されるゲル網目のメッシュサイズは、架橋点間の網目鎖のサイズではなく絡み合い点間の距離であることを示唆している。また、分子量が10倍以上異なる長短2種の一次鎖の混合物から作製されるゲル、すなわち架橋点間の分子量分布が2ピークあるようなゲルの構造の混合比依存性も調べた。ゲルの高次構造の混合比依存性を、網目のメッシュサイズが分子鎖の絡み合いによって主に支配されていること、および長距離構造へのclosed shortest circuit conceptの適用、に着目することにより系統的に説明した。分子量が10万程度の高分子量のPDMSを低濃度溶液中で末端架橋し、生成したゲルから溶媒を完全除去することにより作製される脱膨潤ゲルが、現存のエラストマーとしては最高の伸長性を示すことを明らかにした。この超高伸長性は、低濃度での架橋により、破断の因子の一つである網目構造中の高分子鎖同士のからみあいの数が減少していること、および脱膨潤時の体積減少が大きいため未変形時の網目鎖の両末端間距離が減少していること、に起因する。

本研究的目的是从分子理论的角度研究聚合物网络结构所表达的橡胶弹性，即阐明网络拓扑与橡胶弹性之间的关系，并对样品进行受控力学测量和结构分析。具有一定分子量范围的聚二甲基硅氧烷（PDMS）被用作主聚合物链。由低聚物区域中的低分子量到形成高度缠结的高分子量的PDMS制成的每种凝胶在良溶剂中溶胀，并且凝胶结构的主聚合物链的分子量依赖性由小我研究了它的角度X射线散射。凝胶的散射曲线分为两组：交联前主链缠结的组和主链未缠结的组。该结果表明，由交联前形成缠结的系统产生的凝胶网络的网目尺寸是缠结点之间的距离，而不是交联点之间的网络链的尺寸。我们还研究了由两种主链（长和短）的混合物制成的凝胶结构的依赖性，其分子量相差超过10倍，即，凝胶在分子量分布中具有两个峰交联点。我们系统地研究了凝胶高阶结构的混合比依赖性，重点关注网络的网格尺寸主要受分子链缠结控制的事实以及闭路最短电路概念在长程中的应用结构解释。通过在低浓度溶液中对分子量约为 100,000 的 PDMS 进行末端交联并从所得凝胶中完全除去溶剂而产生的消溶胀凝胶在现有弹性体中表现出最高的延展性。这种超高的延伸性是由于低浓度的交联减少了网络结构中聚合物链之间的缠结数量，这是导致断裂的因素之一，并且消溶胀时体积大大减小。这是由于未变形时网络链两端之间的距离正在减小。

项目成果

T.Kawamura et al.: "Structure & mechanical properties of bimodal PDMS networks in the swollen state" Materials Science Research International. 4・2. 113-116 (1998)

T. Kawamura 等人：“膨胀状态下双峰 PDMS 网络的结构和机械性能”材料科学研究国际 4・2（1998 年）。

浦山 健治: "Extensive Stretch of Polysiloxane Network Chains" European Physical Jouranl Part B. (印刷中). (1998)

Kenji Urayama：“聚硅氧烷网络链的扩展”欧洲物理期刊 B 部分（出版中）。

K.Urayama et al.: "Formation Process of End-linked Networks by Gel Permeation Chromatography" J.Chem.Soc.,Faraday Trans.93・20. 3689-3693 (1997)

K.Urayama等人：“凝胶渗透色谱法的末端连接网络的形成过程”J.Chem.Soc.，Faraday Trans.93・20 3689-3693(1997)。

K.Urayama et al.: "Uniaxial elongation of deswollen polydimethylsiloxane networks with supercoiled structure" Polymer. 38・4. 955-962 (1997)

K. Urayama 等人：“具有超螺旋结构的消溶聚二甲基硅氧烷网络的单轴伸长”聚合物 955-962 (1997)。

Kawamura et al.: "Equilibrium Swelling and Elastic Modulus of End-linked Polysiloxane Networks in Theta Solvent" NIHON REOROJI GAKKAISHI. 25・4. 195-196 (1997)

Kawamura 等人：“Theta 溶剂中末端连接的聚硅氧烷网络的平衡膨胀和弹性模量”NIHON REOROJI GAKKAISHI 25・4 (1997)。