高分子のシシケバブ構造形成過程の中性子散乱を用いた観察

利用中子散射观察聚合物烤肉串结构形成过程

基本信息

批准号：
17750203
负责人：
松葉豪
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

高分子の流動結晶化過程を,小角中性子散乱・小角X線散乱・光散乱,顕微鏡などを用いて観測した.まず,高分子量成分に軽水素化ポリエチレンを,低分子量マトリックスとして重水素化ポリエチレンを用いたブレンドサンプルの小角中性子散乱のその場測定を行った.せん断方向に積み重なったラメラ晶であるケバブ構造が成長する前に,せん断方向に比較的よく配列したミクロンオーダーの構造が形成していることをその場測定ではじめて示した.観測されたミクロンオーダーの構造は,主に分子量の大きい超高分子量成分からなっていることを示すことができた.超高分子量成分はせん断によって応力がかかるため,高分子鎖が引き伸ばされ,ミクロンオーダーの構造が形成するものと考えられる,このことは,光散乱測定によって,配向結晶構造であるシシケバブ構造が生成するよりも先にミクロンオーダーの配向構造が観測された結果と一致している.さらに,光散乱や小角X線散乱・光学顕微鏡を用いて流動場にて観測される構造について詳細に調べ,中性子散乱測定によって得られた結果と比較した.まず,融点より十分高い温度でせん断を印加するという条件では,結晶構造は観測されずに,ミクロンオーダーの液晶的な構造が観測された.また,超高分子量成分の濃度と結晶化温度を変化させた際の構造形成過程を小角X線散乱測定で調べ,せん断によって引き伸ばされた超高分子量成分の結晶化速度と緩和速度に依存していることを示した.超高分子量成分の濃度が高い場合は,結晶化温度が高くても,結晶化速度に比べて緩和速度は遅く,シシケバブ構造が形成する.しかし,超高分子量成分の濃度が低く,結晶化温度も高い場合,緩和速度のほうが結晶化速度よりも大きくなるため,等方的な成長のみが観測された.

使用小角度中子散射，小角度X射线散射，光散射，显微镜等观察到聚合物的流动结晶过程。首先，使用光氢化的聚乙烯作为高分子重量组件和脱硫聚乙烯作为低糖浆的小分子量组件，将混合样品的小角度中子散射用于混合样品的原位测量。在烤肉串结构之前，该结构是沿剪切方向堆叠的层状晶体，形成了一个微观结构，该结构在剪切方向上相对良好。首先通过原位测量结果表明，观察到的微米结构主要由具有较大分子量的超高分子量成分组成。由于超高的分子量成分是由剪切压力的，因此将聚合物链拉伸，并认为形成微米级的结构。这意味着在产生刺烤肉串结构的定向晶体结构之前，光散射测量允许微观阶排对准。方向结构与观察到的结果一致。此外，使用光散射，小角度X射线散射和光学显微镜详细研究了在流场中观察到的结构，并将其与中子散射测量获得的结果进行了比较。首先，在足够高于熔点的温度下施加剪切的条件下，未观察到晶体结构，但是观察到微米级的液晶结构。此外，当超高分子量量成分的浓度和结晶温度的浓度变化时，结构形成过程。但是，当超高分子量成分的浓度较低时，结晶温度也很高，弛豫速率也较高时，比结晶速率慢，并且形成了shish kebab结构。但是，当超高分子量成分的浓度较低并且结晶温度也很高时，放松速率大于结晶速率，因此仅观察到各向同性生长。