相転移を利用したスイッチ機能性ハイドロゲルの分子設計に関する研究

利用相变的开关功能水凝胶分子设计研究

• 批准号: 02650674
• 负责人: 斎藤 正三郎
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-02650674/
• 关键词: ハイドロゲル; 相転移; 分子設計

水溶性高分子を架橋したハイドロゲルの体積相転移は温度、溶媒組成、イオン強度等のゲルの周りの様々な環境の変化により引き起こされ、これにより種々の物性が不連続的に大幅に変化する。このためスイッチ機能性材料として様々な応用が期待されているが、そのためには相転移のパタ-ンとその速度並びにゲル内での物質移動速度の解明が不可欠である。そこで本研究では、ゲルの相転移に関する平衡及び速度論に関するこれらの基本的問題を分子設計の見地から明確にすることを試みた。非イオン性のNーイソプロピルアクリルアミド(NIPA)ゲルを用いて種々の有機溶媒中で膨潤平衡を測定した。膨潤体積は溶媒種に大きく依存し、溶解度パラメ-タを用いてある程度相関されることが判明した。また、NIPAゲルのN置換基をnープロピル基(NNPA)およびシクロプロピル基(NCPA)に換えたゲルの膨潤平衡を測定したところ、NNPA→NIPA→NCPAとN置換基の広がりの減少とともに転移温度が上昇し、NCPAでは連続的な変化となった。また、NIPAとNNPAゲルについて準弾性光散乱により相転移の動的過程を測定し、見かけの拡散系数はNNPAがNIPAより大きな値を示した。これらの結果は、疎水性置換基の広がりの減少とともに、疎水性相互作用の駆動力が小さくなることに起因すると考えられる。次に、荷電ゲルを対象として荷電基濃度の高い数種のゲルを合成し、外部溶液のイオン強度と膨潤平衡の関係を検討した。疎水性の大きなスチレン系のゲルでは外部溶液のイオン強度の増加に伴う荷電基の解離性の減少により不連続な収縮がみられたが、親水性のアクリルアミド系ゲルではその収縮は連続的であった。これは、疎水性会合による凝集力と荷電基間の静電反発力のバランスが荷電基の解離状態により変化することに起因するためと推定された。

The volume phase shift of water-soluble polymer bridging molecules varies greatly from temperature, solvent composition, solvent strength, etc. to environmental changes. The functional materials are expected to be used in the process of phase shift, and the speed of material movement in the process cannot be explained. This study focuses on the fundamental problems of molecular design, the relationship between phase shift and equilibrium, and the relationship between velocity theory. The swelling equilibrium in organic solvents was determined using non-reactive NIPA. The swelling volume depends on the solvent species, and the solubility depends on the degree of use. NIPA is the N-substituted radical of the N-substituted radical (NNPA) and the NCPA. The swelling equilibrium of the N-substituted radical is determined. NNPA→NIPA→NCPA is the N-substituted radical of the N-substituted radical. NIPA and NNPA must measure the dispersion coefficient of quasi-static light and phase shift. The result is that the water displacement base decreases and the water interaction dynamics decreases. Second, the relationship between the concentration of charged groups and the swelling equilibrium of the external solution is discussed. The increase in the strength of the external solution is accompanied by the decrease in the dissociation of the charged group, and the increase in the hydrophilicity is accompanied by the increase in the strength of the external solution. The electrostatic reaction force between charged groups is estimated to be the cause of the dissociation of charged groups.