高分子電解質のゾル・ゲル転移機構

聚合物电解质的溶胶-凝胶转变机理

基本信息

批准号：
05650739
负责人：
今野幹男
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1993
资助国家：
日本
起止时间：
1993 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

高分子のゾル・ゲル転移機構についてはその重要性から古くから研究が行われてきたが、溶液中での高分子の存在形態は複雑で、長い間十分な解析が行われずにいた。ところが最近になってこのゾル・ゲル転移現象を一種の臨界現象と見なす考え方が提案され、再び勢力的な研究が行われ始めている。ゾル・ゲル転移を臨界現象と見なせるとすれば、物性の変化にはスケーリング則が適用し得る筈であり、ゲル化の過程が統一的な規則で表せる可能性がある。従来このスケーリング則の適用性は非電解質の高分子を中心に適用性が検討されてきたが、電解質高分子についてその適用性を検討するのが本研究の目的である。本研究としては、電解質高分子として多価イオンの添加により高いゲル化能を示す電解質多糖を用いた。またこの高分子に比して屈曲性に富んだ分子構造の高分子電解質についても実験を行う予定である。高分子多糖を用いて実験では、ゾル・ゲル転移に伴う粘性率と弾性率の測定を行い、電解質添加による反応率と高分子濃度の関係を調べた。その結果反応率一定で高分子濃度を変えた場合ならびに高分子濃度一定で反応率を変えた場合において、粘性率指数は0.8〜1.2であり、一方弾性率指数は1.6〜2.0の値を取り、それぞれの場合に同一の値を取ることがわかった。またこれらの値は中性高分子についての既往の値と類似の値を取ることがわかった。ところが、臨界反応率の濃度依存性を調べたところ、その指数の大きさは中性高分子の値に比して約半分程度と小さい値を示すことがわかった。この電解質多糖の特徴については、高分子の剛直性を考慮したモデルを提案し、説明することに成功した。また本モデルにより、電解質多糖の高いゲル化能が分子内架橋を形成しない、効率的な分子間架橋を形成することに基づくことを示唆することができた。

聚合物的溶胶-凝胶转变机理因其重要性而被研究了很长时间，但聚合物在溶液中的存在是复杂的，长期以来尚未进行充分的分析。然而，最近提出了将这种溶胶-凝胶转变现象视为一种临界现象的概念，并再次开始进行深入研究。如果溶胶-凝胶转变可以被视为一种临界现象，那么物理性质的变化应该适用标度律，并且凝胶过程可以用统一的规则来表达是可能的。此前，该比例定律的适用性主要针对非电解质聚合物进行了研究，但本研究的目的是检验其对电解质聚合物的适用性。在本研究中，我们使用电解质多糖作为电解质聚合物，该电解质多糖由于添加多价离子而表现出高胶凝能力。我们还计划对分子结构比这些聚合物更灵活的聚合物电解质进行实验。在使用聚合物多糖的实验中，我们测量了与溶胶-凝胶转变相关的粘度和弹性模量，并研究了由于电解质添加而导致的反应速率和聚合物浓度之间的关系。结果，当反应速率恒定且聚合物浓度变化时，当反应速率恒定且聚合物浓度恒定时，粘度指数为0.8至1.2，而弹性模量指数为1.6至2.0。事实证明，在每种情况下它都取相同的值。此外，发现这些值与中性聚合物过去的值相似。然而，当研究临界反应速率的浓度依赖性时，发现该指数的幅度很小，约为中性聚合物的一半。我们通过提出考虑聚合物刚性的模型，成功地解释了这种电解质多糖的特性。此外，使用该模型，我们能够表明电解质多糖的高胶凝能力是基于形成有效的分子间交联而不形成分子内交联。