放射光を利用した時間分解小角X線散乱による生分解性高分子のラメラ構造形成と熱挙動

使用同步辐射的时间分辨小角 X 射线散射可生物降解聚合物的层状结构形成和热行为

基本信息

批准号：
18750107
负责人：
佐藤春実
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

環境問題や資源枯渇問題から注目を集めている生分解性ポリマーの中でも、微生物が再生可能資源から生合成するポリヒドロキシブタン酸(PHB)は、天然由来の高分子化合物の中でも熱可塑性を有する数少ない生分解性ポリマーであるため、合成高分子材料の代替材料としてだけでなく、医用材料としても期待されている。本研究ではPHBおよびその共重合体の結晶構造とその熱的挙動について、放射光を用いた時間分解小角X線散乱法(SAXS)および赤外分光法による温度変化測定、X線回折(WAXD)測定、DSC測定法等を組み合わせることにより、官能基レベルから分子全体の構造にわたり温度変化に伴う結晶の格子定数の挙動や、らせん構造の変化、およびらせん分子間に形成され、ラメラ構造の安定化に寄与していると考えられる弱い水素結合(C-H・・・O=C水素結合)の熱的挙動について調べた。特にSAXS・WAXD-DSC同時測定からはラメラの厚みに関する情報や結晶性の情報と熱挙動を同じ系で同時に得ることができるため、非常に有益な情報を得ることができる。それにより、PHBおよびその共重合体の等温結晶化あるいは融解過程における結晶部分とアモルファス部分の厚みの時間変化を詳細に観測することができる。PHBおよびその共重合体における時間分解SAXS測定の等温結晶化過程の結果から、PHBホモポリマーのラメラ厚は共重合体に比べると厚く、結晶部分の厚みはほぼ初期に決定し、結晶化過程においてはほとんど変化がみられなかった。一方、アモルファス相の厚みは減少し、それに伴いラメラ全体の厚みも減少した。一方、共重合体の場合は、ラメラ厚はホモポリマーと比べると非常に薄いものであった。にもかかわらず結晶化度がそれなりに高いのは、やはりラメラ間をつないでいるC-H・・・O=C水素結合の存在によるものであると考えられる。

在因环境问题和资源枯竭问题而受到关注的生物可降解聚合物中，聚羟基丁酸（PHB）是由微生物从可再生资源中生物合成的，是少数具有热塑性的天然衍生聚合物之一。，预计不仅可作为合成高分子材料的替代品，还可作为医用材料。在这项研究中，我们利用同步加速器辐射的时间分辨小角 X 射线散射 (SAXS)、使用红外光谱的温度变化测量和 X 射线衍射 (WAXD) 研究了 PHB 及其共聚物的晶体结构和热行为官能团水平可以通过组合测量、DSC测量等来确定。从钟形结构到整个分子的结构，研究了晶体的晶格常数随温度变化的行为、螺旋结构的变化以及弱氢键（C-H...O=C氢键的热行为）。特别是，同步 SAXS/WAXD-DSC 测量可以提供极其有用的信息，因为可以在同一系统中同时获得有关片层厚度、结晶度和热行为的信息。这样可以详细观察 PHB 及其共聚物等温结晶或熔化过程中结晶和非晶部分厚度随时间的变化。从PHB及其共聚物的时间分辨SAXS测量等温结晶过程的结果来看，PHB均聚物的层状厚度比共聚物厚，并且晶体部分的厚度几乎在初始阶段就已确定，并且在几乎没有观察到结晶过程。另一方面，非晶相的厚度减小，整个片层的厚度也相应减小。另一方面，在共聚物的情况下，片层厚度比均聚物薄得多。尽管如此，结晶度相对较高的原因被认为是由于连接片层的C-H...O=C氢键的存在。