Dependence of structure of polymer side chain on water structure in hydrogels

ハイドロゲル中における水の構造の高分子側鎖依存性

関根 由莉奈   ; 高木 紀*; 須藤 小葉子*; 梶原 祐太郎*; 深澤 裕; 深澤 倫子*

Sekine, Yurina; Takagi, Hajime*; Sudo, Sayoko*; Kajiwara, Yutaro*; Fukazawa, Hiroshi; Fukazawa, Tomoko*

ハイドロゲルにおいて高分子側鎖が水の構造に及ぼす影響を調べるため、ポリアクリルアミドゲル(PAA)及びポリジメチルアクリルアミドゲル(PDMAA)のラマンスペクトルを測定した。PAAとPDMAAは側鎖以外は同じ化学構造を有するポリマーである。結果、水分子の振動を示すO-H伸縮振動はPAAの場合含水率の減少に伴い低波数側にシフトし、PDMAAの場合は高波数側にシフトした。これらの結果より、PAAゲルにはPAAの親水基と強い水素結合で結合した水分子が存在し、一方、PDMAAゲルには弱い水素結合でネットワーク化した水分子が存在することを明らかにした。PAAとPDMAAはほぼ同様の構造を持つにも関わらず、側鎖の違いにより水分子の構造を大きくことなることが分かった。これらの水と高分子に関する知見は、新たな高分子材料の開発に極めて重要である。

To investigate the effects of structure of polymer side chains on structure of water in hydrogels, Raman spectra of polyacrylamide (PAA) and poly-,-dimethylacrylamide (PDMAA) hydrogels were measured. PAA and PDMAA have similar chemical structures, except for the side chain structure. The result shows that the frequency of the OH stretching mode for the PAA hydrogel decreases as the water content decreases, while that for the PDMAA hydrogel increases. We conclude that most of the bound water molecules in the PAA hydrogel form four strong hydrogen bonds with the hydrophilic groups in the side chain of PAA, whereas those in the PDMAA hydrogel form weak hydrogen bonds with surrounding water molecules. The water structure is an important factor governing the physical and chemical properties of gel materials.