散乱法を用いた高分子ゲルの網目構造の特性化に関する研究

散射法表征聚合物凝胶网络结构研究

基本信息

批准号：
13750832
负责人：
則末智久
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kyoto Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750832/
关键词：
高分子ゲル構造不均一性動的光散乱小角中性子散乱 γ線架橋

项目摘要

薬物伝達システムやアクチュエーターのような機能性高分子ゲルの開発が精力的に進められている中、その分子特性解析は、網目分子の固有の複雑性により非常に遅れているのが現状である。例えば、ゲル中の網目鎖は架橋の存在により運動性が制限されており、分子特性解析の鍵を握る「濃度揺らぎ」は時間的のみならず空間的にも不均一となる。申請者らはこれまで時間-空間の両側面から光散乱(LS)・小角中性子散乱法(SANS)を駆使した構造とダイナミクスに関する研究を進めてきた。国内外では、モノマーと架橋剤を共重合して得られたゲルを研究に用いて来たが、この場合ゲルに固有な分子構造の凍結現象に加えて、モノマーの反応性の偏りや分子内架橋反応に起因するミクロゲルクラスターを生じてしまう。そこで網目構造の凍結と架橋点空間分布の不均一性を区別してゲルの不均一度を定量化するために、あらかじめ用意した高分子溶液に対してγ線照射による後架橋を行い、ランダムな架橋導入が期待されるγ線架橋ゲルと、従来の架橋剤添加型ゲルの構造と物性の比較を行った。LS, SANSにより幅広い空間スケールにおいて散乱関数解析を行った結果、架橋剤添加型ゲルおよびγ線照射ゲル共に、架橋度の増加と共に散乱強度は増大し、構造不均一性が増大する結果を得た。さらにPanyukov-Rabinによって考案された統計力学的理論を駆使して架橋点間重合度Nを評価した結果、架橋度の増大に伴う、Nの減少を確認できた。すなわち両者のゲルともに有効に架橋が導入されている事が確認できた。その一方、両者のゲルでは架橋度に対するNの減少傾向が異なり、それらをさらに解析する事で、架橋剤添加型ゲルは、ミクロゲル形成によりゲル化に至るために、γ線照射ゲルと比較してより多くの架橋剤を必要としている事がわかった。また相分離温度に近い温度で調整したゲルの方が、不均一性が大きくなることはこれまでにも知られていたが、架橋密度の臨界閾値を調製温度の関数として定量化し、低調製温度で作成したゲルほど、高度架橋密度のゲルを調製できることを明らかとした。

尽管人们正在积极开发药物输送系统和执行器等功能性聚合物凝胶，但由于网络分子固有的复杂性，目前对其分子特性的分析极其缓慢。例如，凝胶中网络链的移动性受到交联的存在的限制，并且作为分子表征关键的“浓度波动”不仅在时间上而且在空间上变得不均匀。申请人充分利用光散射（LS）和小角中子散射（SANS）从时间和空间两个方面进行结构和动力学研究。在日本和海外，已经用单体和交联剂共聚得到的凝胶进行了研究，但这种情况下，除了凝胶固有的分子结构冻结现象外，还存在单体反应性和分子内微凝胶的不平衡现象。簇是由交联反应产生的。因此，为了通过区分网络结构的冻结和交联点空间分布的不均匀性来量化凝胶不均匀性的程度，我们使用γ射线照射对预先制备的聚合物溶液进行后交联以产生随机交联我们比较了预计推出的γ射线交联凝胶和传统的添加交联剂的凝胶的结构和物理性质。使用LS和SANS在广泛的空间尺度上进行散射函数分析的结果是，我们发现，添加交联剂的凝胶和经γ射线照射的凝胶的散射强度随着交联程度的增加而增加，并且结构异质性增加。凝胶。另外，充分利用Panyukov-Rabin提出的统计力学理论评价交联点间的聚合度N，结果确认，随着交联度的增加，N减少。换句话说，证实了交联被有效地引入到两种凝胶中。另一方面，两种凝胶的 N 随交联度降低的趋势不同，进一步分析表明，添加交联剂的凝胶比 γ 射线照射的凝胶更有效，因为它通过微凝胶导致凝胶化。发现需要更多的交联剂。还已知在接近相分离温度的温度下制备的凝胶表现出更大的异质性；然而，我们已经量化了交联密度的临界阈值作为制备温度的函数，结果表明可以制备具有更高交联密度的凝胶。通过使用