Structure of water and ice in poly-N,N,-dimethylacrylamide hydrogel

ポリジメチルアクリルアミドゲル中の水の構造評価

関根 由莉奈   ; 深澤 倫子*; 山内 宏樹   ; Songxue, C.*; Chakoumakos, B.*; Fernandez-Baca, J. A.*; 深澤 裕

Sekine, Yurina; Fukazawa, Tomoko*; Yamauchi, Hiroki; Songxue, C.*; Chakoumakos, B.*; Fernandez-Baca, J. A.*; Fukazawa, Hiroshi

ハイドロゲル中の水の構造及び性質を調べるため、重水素化したポリジメチルアクリルアミドゲルの中性子回折を測定した。270K以下の回折ピークより、ゲル中に氷が形成していることを確認した。これらの氷のピーク位置は普通の氷よりも低角側へシフトしていた。このシフトを解析したところ、ゲル中に形成した氷のc軸の格子定数は通常の氷Ihよりも0.3%大きいことを明らかとした。この変化は、PDMAAゲル中に低密度の氷が形成していることを示す。これらの結果は、ゲル中においてポリマーと強く相互作用した水は通常の水分子と異なり、ゲルの化学的物理的性質に大きな役割を果たすことを示唆するものである。

Neutron diffraction data of deuterated poly-N,N,-dimethylacrylamide (PDMAA) hydrogel were measured at temperatures of 10 - 290 K in order to investigate the structure and properties of water in the hydrogel. Diffraction peaks observed below 270 K indicate the existence of a solid ice in the hydrogel. The positions of some peaks from the ice are lower than those in ordinary hexagonal ice (Ih). The lower shifts of the peaks indicates that the lattice constants of the c-axis in the ice are about 0.3% higher than those in ice Ih, whereas those of the a-axis are almost consist. The results show that bulk of a low-density ice crystal exists in the PDMAA hydrogel. The water molecules, which have a significant interaction with the polymer chains, play an important role in the chemical and mechanical properties of the hydrogel.