カテナン高分子網目の多軸変形解析による絡み合い相互作用の解明と新規物性の創出

通过索烷聚合物网络的多轴变形分析阐明缠结相互作用并创造新的物理性质

• 批准号: 22KJ2039
• 负责人: 青山 拓磨
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2039/
• 关键词: ポリカテナン; 非線形力学特性; カテナン; 二軸伸長; 膨潤; ゲル; ゴム弾性

今年度は以下の研究を進行し、その成果を学会発表するとともに、論文執筆の準備も行った。(1)ポリカテナンからなる無限大網目(ポリカテナンゴム)の多軸変形挙動の解明：固定架橋点を含まず、環状高分子同士のほどけない絡み合いのみからなるポリカテナンゴムは、高分子科学の黎明期からの未解決問題である絡み合い相互作用の解明の鍵となる材料とされてきた。大変形挙動を測定できるスケールでのポリカテナンゴムの合成は近年報告されたばかりであり、詳細な大変形特性は未解明であった。我々は、ポリカテナンゴムは、一軸伸長において、30倍近い超高伸長性を示すことを明らかにした。これは、伸長によって可動的な絡み合い点が再配置されるためであると考えられる。さらに、一軸伸長・二軸伸長の両変形において非常に弱い応力の伸び依存性を示した。また、二軸伸長測定から、ポリカテナンゴムは応力に対する大きなひずみの交叉効果を示すことが分かった。この結果は、網目鎖の絡み合いがひずみの交叉効果を生むというゴム弾性理論の従来説と定性的に矛盾しない結果となった。(2)ポリカテナンゲルの膨潤・収縮特性：ゲルは溶媒の吸収・放出が可能であり、それに伴い、弾性率も変化する。膨潤・収縮時には網目鎖密度が変化するとともに、網目鎖の伸長状態も変化する。そのため、ゲルの膨潤(収縮)に伴う弾性率の変化は、網目鎖密度の減少(増大)と網目鎖の伸長(収縮)で説明することができる。しかし、膨潤・収縮に伴う弾性率変化に関する理論予測は固定架橋点をもつゲルを前提として考えられており、固定架橋点を含まないポリカテナンゲルでは理論予測とは異なる挙動を示す可能性がある。我々は膨潤度の異なるポリカテナンゲルを作製し、弾性率の膨潤度依存性を測定することで、膨潤に伴う絡み合い点の再配置という固定架橋点にはない特異な性質を示唆する結果を得た。

This year, the following <s:1> research を will be carried out を, the そ <s:1> results を will be released by the を society するとと に に に, and the paper writing <s:1> will be prepared for った. (1)ポリカテナ らなる らなる らなる infinite mesh (ポリカテナ ゴム) <s:1> multi-axis variable 挙 dynamic <s:1> explanation: Fixed bridge point を containing ま ず, annular polymer with の ほ ど け な い collaterals み close い の み か ら な る ポ リ カ テ ナ ン ゴ ム は, polymer science の dawn か ら の unresolved problem で あ る collaterals み close い interaction の interpret の key と な る material と さ れ て き た. Big - shaped 挙 determination of dynamic を で き る ス ケ ー ル で の ポ リ カ テ ナ ン ゴ ム の synthesis は report さ れ た ば か り で あ り, detailed な big - shape features は not interpret で あ っ た. I 々 は, ポ リ カ テ ナ ン ゴ ム は, a shaft elongation に お い て, 30 times nearly い ultra-high tensibility を shown す こ と を Ming ら か に し た. <s:1> れ れ, extend the によって movable な network み and the が point が, and then reconfigure されるためであると to test えられる. Youdaoplaceholder0, uniaxial elongation · biaxial elongation <s:1> taryoid form にお て て て very に weak 応 応 force <s:1> elongation び dependence を shows た た. ま た, determination of biaxial elongation か ら, ポ リ カ テ ナ ン ゴ ム は 応 force に す seaborne る big き な ひ ず み の cross unseen fruit を shown す こ と が points か っ た. こ の results は, mesh lock の collaterals み close い が ひ ず み の cross unseen born fruit を む と い う ゴ ム 弾 theory の 従 と qualitative に contradiction is し な い results と な っ た. (2) ポ リ カ テ ナ ン ゲ ル の swelling 収 shrinkage characteristics: ゲ ル は solvent の 収 absorption, release が may で あ り, そ れ に い, 弾 も sex rate - the す る. During swelling and contraction, the density of the mesh lock が changes するとと に, and the <s:1> elongation state of the mesh lock <e:1> changes する. そ の た め, ゲ ル の swelling (収 shrinkage) に with う 弾 の sex rate variations は, mesh density lock の reduce (raised) と mesh lock の elongation (収 shrinkage) で illustrate す る こ と が で き る. し か し, swelling 収 shrinkage に with う 弾 sex rate - the に masato す る は fixed bridge theory to the test point を も つ ゲ ル を premise と し て exam え ら れ て お り, fixed bridge point を ま な い ポ リ カ テ ナ ン ゲ ル で は theory to measure と は different な る 挙 dynamic を す possibility in が あ る. I 々 は swelling capacity の different な る ポ リ カ テ ナ ン ゲ ル を cropping し, の 弾 sex rate determination of swelling capacity dependence を す る こ と で, swelling に with う collaterals み close い point の relocation と い う fixed bridge point に は な い specific な nature を in stopping す た を る results.

项目成果

Time-strain inseparability in multiaxial stress relaxation of supramolecular gels formed via host-guest interactions

通过主客体相互作用形成的超分子凝胶多轴应力松弛的时间应变不可分离性

• DOI: 10.1039/d2sm00285j
• 发表时间: 2022
• 期刊: Soft Matter
• 影响因子: 3.4
• 作者: Kimura Takuro;Aoyama Takuma;Nakahata Masaki;Takashima Yoshinori;Tanaka Motomu;Harada Akira;Urayama Kenji
• 通讯作者: Urayama Kenji

溶媒種に正負が依存するシリコーンゲルのエネルギー弾性

有机硅凝胶的能量弹性，其正负特性取决于溶剂类型

• 发表时间: 2023
• 作者: Kimura Takuro;Aoyama Takuma;Nakahata Masaki;Takashima Yoshinori;Tanaka Motomu;Harada Akira;Urayama Kenji;青山拓磨，浦山健治
• 通讯作者: 青山拓磨，浦山健治

京都大学大学院工学研究科 材料化学専攻 高分子機能物性分野 浦山研究室

京都大学大学院工学研究科材料化学系高分子功能特性浦山研究室

ポリカテナンゴムの特異な力学特性のキャラクタリゼーション

聚环橡胶独特机械性能的表征

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuma Aoyama;Kazuaki Kato;Kenji Urayama;青山拓磨，川西大也，浦山健治
• 通讯作者: 青山拓磨，川西大也，浦山健治

Marked Sensitivity of Ultimate Elongation to Loading Axiality in Polyrotaxane Gels with Low Ring Densities

低环密度聚轮烷凝胶的极限伸长率对负载轴向的显着敏感性

• 发表时间: 2022
• 作者: Takuma Aoyama;Kazuaki Kato;Kenji Urayama;青山拓磨，川西大也，浦山健治;青山拓磨，川西大也，浦山健治;青山拓磨，加藤和明，浦山健治
• 通讯作者: 青山拓磨，加藤和明，浦山健治