高分子ゲルの表面における魔擦機構の究明と表面制御による生体適合性超低摩擦材料の創製

研究聚合物凝胶表面的机械摩擦机制并通过表面控制创建生物相容性超低摩擦材料

• 批准号: 03F00093
• 负责人: 長田 義仁
• 金额: $ 0.77万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F00093/
• 关键词: 高分子ゲル; ダブルネットワークゲル; 力学強度; 動的光散乱; 分子ダイナミックス

高分子ゲルは、その優れた特性を生かし素材として用いようとした時、一部のゲルを除くとそのほとんどが脆く、結果的に限られた用途にしか利用できない。我々は非常に高い機械的強度を持つダブルネットワークゲル(以下DNゲル)について報告した。とりわけ、硬くて脆い強電解質性のポリ(2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸)ゲル(以下PAMPSゲル)とやわらかい中性のポリアクリルアミドゲル(以下PAAmゲル)を絡み合わせたDNゲルの場合、90%以上の含水率を有しているにも関わらず、生体関節軟骨が日常的に受ける圧力(3-18Mpa)にも耐える強度を誇る。私は光散乱を用いてゲル中の高分子ダイナミックスを調べ、DNゲルの高強度メカニズムについて考察する研究を行った。そのため、以下のような結果が得られた。1)PAAmの2ndネットワークの架橋度が0-0.05mol%のときに破断応力は最大値を示し、架橋度が増加するに従いゲルは脆くなる。この結果は2ndネットワークの架橋を極めて緩く施すことが高い力学強度を得るために重要であることを示す。2)動的光散乱測定から、2nd架橋濃度が0-0.2mol%の場合に協同拡散モードとPAAmの遅い分子運動モードとの二つのピークが観察されるが、2nd架橋濃度が0.2mol%以上の場合には協同拡散モードだけのピークが存在することがわかった。力学物性測定の結果と比較するとDNゲルは遅い運動モードが観察されるときに力学強度が大きい。DNゲル中の遅い運動モードはPAAmの高分子鎖の並進運動によるものであり、この運動が破断エネルギーの散逸に深く関与していることが示唆される。ゲル中の高分子ダイナミックスから得られる知見は、高強度ゲルのより詳細な分子設計に役立つ。さらには、ソフトマター破壊メカニズムの理解にもつながることが期待される。

当将聚合物凝胶用作材料时，通过利用其出色的特性，其中大多数是脆性的，除了某些凝胶，因此，它们只能用于有限的应用。我们报道了具有极高机械强度的双网络凝胶（以下称DN凝胶）。特别是，与硬，脆弱的强，强，强的电解聚（2-丙烯酰胺-2-甲基 - 丙烯酸硫酸）凝胶相互交织的凝胶（以下是称为PAMPS凝胶）和柔软的，中性的聚丙烯酰胺凝胶（以下称为PAAM凝胶），对ISSTRAILS with ISSURALINAL（3-1-18mpa）均为3-18mpa，该凝胶的强度为3-18mpa（3-18mpa）尽管水分含量为90％或更多。我使用光散射研究凝胶中的聚合物动力学，并进行了一项研究以检查DN凝胶的高强度机理。因此，获得以下结果。 1）当PAAM第二网络的交联度为0-0.05 mol％时，断裂应力显示最大值，并且随着交联的程度的增加，凝胶变脆。该结果表明，第二个网络的极松散的交联对于实现高机械强度很重要。 2）动态光散射测量结果表明，当第二个交联浓度为0-0.2 mol％时，观察到了两个峰：合作扩散模式和PAAM的慢分子运动模式，但是第二个交联浓度为0.2 mol％或更多时，峰值仅是合作的扩散模式。与机械性能测量结果相比，当观察到慢运动模式时，DN凝胶具有更大的机械强度。 DN凝胶中的慢运动模式是由于PAAM聚合物链的翻译运动引起的，这表明该运动与破裂能量的消散深深涉及。凝胶中聚合物动力学的发现对于更详细的高强度凝胶分子设计很有用。此外，有望导致对软物质破坏机制的理解。