高分子溶液・ゲル・スライムにおける浸透圧の普遍的物理法則の探究

直鎖状の高分子溶液において、浸透圧は高分子鎖のミクロな詳細に依存せず、普遍的な状態方程式で記述されることが1970-80年代の研究から明らかにされている。本研究では、星型高分子溶液、ゲル、スライムの浸透圧を支配する普遍的物理法則に関して、以下の三つを新たに明らかにした。まず、星型高分子溶液の浸透圧に関しては、三分岐から八分岐の星型高分子溶液の浸透圧が、中心部から高分子鎖が分岐した構造を有するにもかかわらず、直鎖高分子溶液の浸透圧と同様の普遍的状態方程式で記述できることを明らかにした。この結果から、高分子鎖の分岐が浸透圧の普遍性に与える影響が明らかになった。次に、ゲルの浸透圧に関しては、ゲルの浸透圧が準静的膨潤過程において準希薄スケーリング則に普遍的に支配され、従来の平均場のFlory-Huggins理論では平均場の近似が悪くなるために低濃度で実験結果から乖離することを明らかにした。また、準希薄スケーリング則を用いることで、ゲルの膨潤を正確に予測できることを実証した。さらに、ゲルの浸透圧の準希薄スケーリング則から自己排除ランダムウォークの臨界指数を決定可能であること、およびゲルの浸透圧の準希薄スケーリング則から従来のc*定理を修正するスケーリング則を導けることを示した。最後に、スライムの浸透圧に関しては、液体のスライムと固体のゲルという違いがあるにもかかわらず、スライムの浸透圧がゲルの浸透圧と同様に準希薄スケーリング則に普遍的に支配されることを明らかにした。この結果から、高分子網目の結合ダイナミクスが浸透圧に普遍性に与える影響が明らかになった。

直鎖状の高分子溶液において、浸透圧は高分子鎖のミクロな詳細に依存せず、普遍的な状態方程式で記述されることが1970-80年代の研究から明らかにされている。本研究では、星型高分子溶液、ゲル、スライムの浸透圧を支配する普遍的物理法則に関して、以下の三つを新たに明らかにした。まず、星型高分子溶液の浸透圧に関しては、三分岐から八分岐の星型高分子溶液の浸透圧が、中心部から高分子鎖が分岐した構造を有するにもかかわらず、直鎖高分子溶液の浸透圧と同様の普遍的状態方程式で記述できることを明らかにした。この結果から、高分子鎖の分岐が浸透圧の普遍性に与える影響が明らかになった。次に、ゲルの浸透圧に関しては、ゲルの浸透圧が準静的膨潤過程において準希薄スケーリング則に普遍的に支配され、従来の平均場のFlory-Huggins理論では平均場の近似が悪くなるために低濃度で実験結果から乖離することを明らかにした。また、準希薄スケーリング則を用いることで、ゲルの膨潤を正確に予測できることを実証した。さらに、ゲルの浸透圧の準希薄スケーリング則から自己排除ランダムウォークの臨界指数を決定可能であること、およびゲルの浸透圧の準希薄スケーリング則から従来のc*定理を修正するスケーリング則を導けることを示した。最後に、スライムの浸透圧に関しては、液体のスライムと固体のゲルという違いがあるにもかかわらず、スライムの浸透圧がゲルの浸透圧と同様に準希薄スケーリング則に普遍的に支配されることを明らかにした。この結果から、高分子網目の結合ダイナミクスが浸透圧に普遍性に与える影響が明らかになった。