Relationships between Mechanical Properties of Polymer Gels and Polymer Volume Fractions at Preparation and at Interested State

高分子ゲルは高分子鎖が架橋により 3次元的網目を形成 し,溶媒を保持した物質である.溶媒成分の弾性への直接 的な寄与は極めて小さいために,その力学特性は高分子網 目の体積分率に強く依存する.よって,ゲルの本質を理解 するためには,高分子体積分率が力学特性にどのように影 響を及ぼすかを定量的に理解する必要がある. ゲルの弾性率は測定時 (φm)とゲル調製時 (φ0)の 2つの体 積分率に依存する.このことは,等しい有効網目鎖密度や架 橋点間分子量,φmを持つが,φ0の異なる 2種類のゲルが異 なる弾性率を持つという実験結果より明らかである.この現 象は古くから知られており,Floryらにより理論的な取り扱 いがなされてきた.古典的なゴム弾性理論では,ゲルの膨潤・ 脱膨潤により架橋点がアフィン変形し,全ての濃度領域にお いて網目鎖がランダムコイルという 2つの仮定の下,弾性 率を φ0, φmおよび架橋点間重合度 (N )の関数として予測して いる. Obukhovらは排除体積が網目鎖の次元に及ぼす効果 を考慮し,古典的ゴム弾性理論を修正したモデルを提案し た.排除体積効果は φ0や φmの濃度領域によって異なってく る.彼らはこの排除体積効果により,弾性率の φ0や φm依存 性が大きく影響されることを示した.一方で実験的には,天 然ゴムやポリブタジエンゴムなどを用いて研究がなされて きた. J.E.Markらによって単分散の両末端官能性高分子鎖 を多分岐架橋剤で架橋する end-linking法を用いたモデルネッ トワークが開発されると ,これらを用いた研究が行われ 多くの知見が得られてきた. しかし,これらの研究の多く は調製時の濃度が比較的高い濃度で行われており,高分子 網目内に多くの絡み合いが存在し,構造パラメータと物性 の関係の精密な理解を妨げていた. ゲルの物理特性を定量的に理解する上で,網目構造に絡 み合いや未反応性末端などの不均一性が存在しない「理想 網目鎖」を用いた実験は必要不可欠である.近年,我々は 理想網目に近い構造を有する Tetra-PEGゲルの作製に成功し た. Tetra-PEGゲルは 2種類の相互連結可能な 4分岐ポリ エチレングリコール (PEG)同士の AB型クロスリンクカップ リングによって形成される.これまでの先行研究から,網 目構造の空間的な不均一性や結合不均一性が従来のゲルと 比べて極めて少ないことがわかった. 微小変形領域及び Relationships between Mechanical Properties of Polymer Gels and Polymer Volume Fractions at Preparation and at Interested State