高分子の結晶化過程を分子レベルから眺める:常識とされてきたイメージの実験的検証

从分子水平观察聚合物的结晶过程：普遍接受的图像的实验验证

基本信息

批准号：
09212221
负责人：
田代孝二
金额：
$ 0.64万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

高分子物質は、極めて複雑に結晶相、非晶相が集まり、高次組織を形成している。どのようなプロセスでランダムコイルの溶融状態が、規則的なラメラ構造の形成へつながっていくのか?どれぐらいの速さで、そのような変化が起こるのか?これらの疑問に対し、これまで分子レベルからの解明がなされてこなかった。本研究は溶融状態からの等温結晶化過程における構造変化を赤外およびX線の時間分解測定を通じて明らかにし、高分子結晶化機構の本質を分子レベルから探ることを目的としたものである。試料としては最も基本的で重要なポリエチレンを用いた。実験は、溶融状態から所定の結晶化温度(Tc)まで試料温度を瞬間に変え、この一定のTcにおいて時間とともに起こる結晶化挙動を追跡していく、いわゆる温度ジャンプ法に基づいて行った。等温結晶化過程における赤外スペクトルの時間変化を眺めると、温度ジャンプ直後にポリエチレン六方晶型に特有な(比較的短いトランス連鎖がゴ-シュ結合でつながり全体として乱れている)いわゆるdisordered trans形態特有のバンドが生じ、その強度を増加させた。このバンドの強度が再び減りはじめるころから、斜方晶型に特有なRegular Transバンドが強度を強めはじめた。赤外スペクトルの測定と平行して小角X線散乱の時間分解測定を、やはり温度ジャンプの過程で行った。(高エネルギー物理学研究所、フォトンファクトリー)。これらのデータから次のような構造変化が浮かびあがってくる。まず、溶融状態の中に比較的長い、しかしコンフォーメーション的に乱れたトランス連鎖の量が増える。温度ジャンプ後に、このdisordered trans連鎖の量がさらに急増し、乱れた内部構造の孤立ラメラが出現する。時間がたつと、この乱れた相は規則的な斜方晶型構造へ転移し、ラメラの厚さも増してくる。さらに時間がたつと、ラメラ同士が積層構造を作り、X線小角散乱に長周期に基づく信号が観測されるようになる。そして、内部構造がより緻密な分子鎖パッキングをするとともに、ラメラの間に新たにラメラが生じ、見かけの長周期が次第に短くなっていく。この機構は極めて自然な(ある意味で常識的な)描像ではあるが、しかし、この何でもないイメージがこれまで実験的にきっちり証明されてこなかったことに、我々は意外性を感じている。

聚合物物质被晶体相和非晶体相极为复杂，形成较高的阶组织。随机线圈的熔融状态导致了常规薄片结构的形成？这项研究是为了阐明发音和X射线中红外和X射线的时间分解测量的结构变化，并探索了分子水平的聚合物结晶机制的本质。我将最基本和最重要的聚乙烯作为样品。基于SO的温度跳跃方法进行实验，该方法将样品温度从熔融状态变为预定的结晶温度（TC），并跟踪在此常数TC中随时间发生的结晶行为。查看在形式结晶过程中红外光谱的时间变化，所谓的盘式反式形式在温度跳跃后立即是聚乙烯六向晶体类型所独有的（相对较短的Trance链由GE-SHU连接邦德和整体上受到干扰）。到该频段的强度再次降低时，正常的跨带（角质晶体型独有的）已经开始增强其强度。与红外光谱的测量平行，在温度跳跃过程中，还执行了小角度X射线的时间分解测量。（高能物理研究所，光子工厂）。从这些数据中出现以下结构变化。首先，在熔化状态下相对较长但同时增加的tr链量增加。温度升高后，这种疾病的反链链的数量进一步增加，并且出现了干扰的内部结构隔离层。随着时间的流逝，这个干扰的相位扩散到规则的斜结构，增加了Ramera的厚度。随着时间的进一步时间，拉梅拉会产生层压结构，并观察到X射线小角度散射的长期信号。然后，内部结构是更精细的分子链填料，在薄片之间产生了新的lamela，并且长时间的外观逐渐变短。这种机制是一种极其自然的（从某种意义上说，常识），但是我们感到惊讶的是，没有实验证明这一点。