Development of Coarse-Grained Molecular Model for Predicting Dynamics of Entangled Associating Polymers

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本年度は，会合・解離を有する高分子のレオロジー的性質を予測する粗視化モデルの基盤となる研究を主に進めた．粗視化モデルとは，モノマーのスケールよりも大きな構造を運動の単位に取ったモデルである．分子量の小さい非絡み合い高分子から分子量の大きい絡み合い高分子までのレオロジーを横断的に調べるために，(i)非絡み合い高分子の流動下におけるレオロジー特性の研究，および(ii)絡み合い高分子の粗視化モデルの予測精度の系統的な検証を行った．(i)非絡み合い系については，バネ・ビーズモデルを用いて，バネの伸び切り効果，鎖の配向によるビードの摩擦低減，熱揺動力の強度の変化という流動下の非線形レオロジーを記述するための基礎となる3つの機構を調べた．3つの機構を含むモデルを用いて流動下のレオロジー及び分子構造を特徴付ける量の定式化し，せん断流動を印加した際のレオロジー実験や誘電緩和実験の結果との比較を行った．結果として，検証したせん断速度領域では，バネの強度の増加および摩擦係数の低下が見られた一方で，熱揺動力の強度は平衡状態の強度から大きく変化しないという結果が得られた．(ii)絡み合い系については，バネ・ビーズモデルで表した高分子鎖上に，絡み合いによる束縛を模した追加のバネを導入したモデルを用いた．このモデルによって，線形・非線形領域のレオロジーが，どれほど正確に予測できるかを調べた．線形領域については，線状および星型高分子に対する数値計算結果を，レオロジー及び誘電緩和測定の結果と比較した．その結果，線状高分子についてはレオロジー・誘電ともに実験データをよく再現する一方，星型高分子については，特に誘電緩和実験のデータから逸脱することが分かった．これらの結果は，現在のモデルの適用限界を示している．また，非線形領域については，粗視化モデルは線状高分子のせん断レオロジーを良好に再現することが分かった．