【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.11】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24AT5023
利用課題名 / Title
固体重水素NMRによる高分子中の分子ダイナミックス測定
利用した実施機関 / Support Institute
産業技術総合研究所 / AIST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies
キーワード / Keywords
核磁気共鳴/ Nuclear magnetic resonance,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,易循環型材料設計技術/ Recycling-friendly material design technology,核磁気共鳴/ Nuclear magnetic resonance
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
古屋 秀峰
所属名 / Affiliation
東京科学大学物質理工学院
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
中嶋 健
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
服部 峰之,大沼 恵美子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
重水素化したポリプロピレンを用いて、延伸によって生じる配向結晶状態におけるポリプロピレン鎖のダイナミクスの温度依存性を調べ、未延伸試料と比較検討する。固体重水素NMR測定を行い、低温183Kから昇温過程における四極子分裂ピーク幅の温度依存性を解析した。二軸延伸試料と未延伸試料における結晶部と非晶部の運動性の違いを検討し、結晶構造による非晶部の束縛状態を観測する。
実験 / Experimental
ポリプロピレンの重水素化試料は、メチン、メチレン、メチル基の全ての水素が重水素化されている。使用するポリプロピレン試料の分子量は、 10 万～20 万程度の典型的なホモポリプロピレンである。重水素化ポリプロピレン試料をフィルム状に成形し、未延伸のフィルムと二軸延伸したフィルムを測定に用いた。固体重水素NMR測定は、Bruker社製Avance 200WBを用いて広幅測定により温度範囲183～343Kで行った。
結果と考察 / Results and Discussion
図1に、二軸延伸と未延伸のフィルムに関する測定結果を示した。それぞれの試料について、183Kから343Kまでの昇温過程のスペクトルの温度依存性を示した。183Kのスペクトルでは、二軸延伸と未延伸ともに、結晶構造由来のメチル、メチレン、およびメチン基に帰属される四極子分裂ピークがきれいに観測された。温度上昇とともに、非晶構造や等方的な運動に由来する中央ピークが出現し、ピーク強度が増加していることが分かった。二軸延伸と未延伸のスペクトルの比較から、323Kにおいて未延伸試料では中央０kHzに等方運動由来のピークが出現し始めているが、二軸延伸では中央０kHzに鋭いピークは出現せずブロードなピークのみを観測した。二軸延伸の333Kで、少し中央に等方運動由来のピークが観測され始め、二軸延伸試料では、分子鎖の運動が束縛されている様子が測定から明らかになった。
図２に、メチル基、メチレン基、およびメチン基の四極子分裂ピーク幅の温度依存性を示した。すべての四極子分裂幅の値は、温度上昇に伴いわずかに減少するだけであることが分かった。結晶構造自身は、温度上昇によりほとんど構造変化なく、その割合のみが変わることが明らかになった。二軸延伸（赤色）と未延伸（黒色）状態の比較では、両者の四極子分裂幅はほとんど変わらないことも明らかになった。低温からの重水素固体NMR測定結果から、二軸延伸によるポリプロピレンの結晶配向構造の維持や非晶部の分子運動の抑制状態がスペクトル形状の違いとしてはっきりと観測されることが明らかになり、二軸延伸試料の物性に対して分子ダイナミクスの観点から理解できることが明らかになった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１ 二軸延伸試料と未延伸試料のスペクトルの温度依存性
図2 二軸延伸試料（赤）と未延伸試料（黒）の四極子分裂幅の温度依存性
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件