高分子結晶化のメカニズムと制御

高強度・高弾性率プラスチック材料の多くは結晶性高分子を基盤としており、その材料設計や成形・加工プロセスの最適化においては、高分子結晶の構造および結晶化挙動に関する理解が重要となる。 　高分子の結晶化は、「水が氷になる」現象と同様の相転移である一方で、分子量の大きさや鎖状分子構造といった高分子特有の要因により、結晶構造や成長挙動が複雑化するという特徴を有する。このため、結晶化メカニズムの理解は、材料物性の発現やそのばらつき、さらには成形安定性の制御に直結する。 　本講では、まず高分子結晶が有する階層構造 (ヒエラルキー) の特徴について概説し、物性との関係を整理する。次に、融点をはじめとする結晶化理解に必要な各種パラメータを整理した上で、核形成および球晶成長、ならびにそれらの相互作用による結晶化過程について解説する。さらに、結晶化メカニズムの解明に用いられる各種測定手法を紹介するとともに、セルフ・ニュークリエーションや印加場を活用した結晶化制御の考え方について述べる。 　講演の最後には、材料設計や成形プロセスへの応用を念頭に置いた質疑応答を行う。

1. はじめに
   1. 高分子とは
   2. 結晶性高分子と非晶性高分子
2. 結晶性高分子
   1. 結晶とは
      1. 結晶の定義
      2. 高分子の結晶
   2. 結晶性高分子の持つ階層構造 (ヒエラルキー)
      1. 高分子の一次構造と結晶化
      2. ミクロンオーダーの構造
         • フィブリル
         • 球晶
         • 球晶の集合体
      3. サブミクロンオーダーの構造
         • ラメラ結晶
         • 折畳鎖結晶
      4. ナノオーダーの構造
         • 結晶格子
      5. その他の構造
         • 繊維
         • シシカバブ
         • 伸び切り鎖結晶など
   3. 結晶を観察するのに必要な概念
      1. X線、光との相互作用
      2. 散乱法と顕微鏡法 (逆空間と実空間)
      3. 結晶の形 (結晶格子)
3. 高分子の結晶を理解するのに重要なパラメータ
   1. 融点
   2. ガラス転移点
   3. 結晶成長速度
   4. 結晶化度
   5. 長周期・ラメラ厚
   6. モルフォロジー
   7. 配向度
4. 高分子の結晶化過程のメカニズム (核形成と結晶成長)
   1. 核形成
      1. 一次核と二次核
      2. 核剤
   2. 球晶成長
      1. 球晶の構造
      2. 球晶の成長 (成長速度)
      3. 軸晶 (アクシャライト)
      4. トランスクリスタル
   3. 結晶化 (核形成と球晶成長の2ステップ)
      1. 核形成 (一次核形成) と球晶成長
      2. Avrami指数による解析
      3. 温度による変化
      4. 伸長場、剪断流動場による変化
5. 高分子の結晶化の測定方法と解析方法
   1. 光の透過度
      • 結晶化度
   2. 広角X線回折
      • 結晶化度
   3. 小角X線回折
      • 長周期
      • ラメラ厚
      • 相関関数
   4. 光散乱
      • 大きさと相関関数
   5. 熱分析
      • 結晶化度
   6. 顕微鏡観察
      • モルフォロジー
6. 高分子の結晶化の制御への提案
   1. セルフ・ニュークリエーション
   2. 場の印加
      1. 電場
      2. 磁場
      3. 温度勾配場
      4. 流動場
   3. 材料改質のために
7. 高分子の結晶化のメカニズムと制御に関する議論
• 質疑応答