Neutron diffraction study of chemically cross-linked hydrogels

化学架橋ゲルの中性子回折研究

関根 由莉奈   ; Chi, S.*; Fernandez Baca, J.*; 深澤 倫子*; 深澤 裕

Sekine, Yurina; Chi, S.*; Fernandez Baca, J.*; Fukazawa, Tomoko*; Fukazawa, Hiroshi

ハイドロゲルとは、3次元のポリマーネットワークに多量の水を安定に含む物質である。本研究では、化学架橋ゲル中における水の性質や構造を明らかにすることを目的として、オークリッジ国立研究所の中性子回折装置(WAND)を用いて含水率の異なるポリN,N-ジメチルアクリルアミドゲルの中性子散乱を測定した。結果、高含水率のゲルにおいて100-250Kの温度範囲で六方晶氷の回折パターンを観察した。一方、低含水率のゲルにおいては230K以下でアモルファス氷の回折パターンを観察した。昇温過程に伴いアモルファス氷の回折パターンはcubic氷の回折パターンへと変化した。これらの結果より、ハイドロゲル中には通常と異なる水が存在し、またそれらの構造や性質はゲルの含水率に依存することを明らかにした。これらの結果はゲル材料の開発において重要な知見となると考えられる。

Neutron diffraction profiles of high and low- DO-content poly-N,N,-dimethylacrylamide (PDMAA) hydrogels were measured from 100 to 300 K to investigate the structure and properties of water in hydrogels. For high DO content hydrogel, strong sharp peaks are observed in 100 to 250 K. The feature of the peaks is similar to that of hexagonal ice (ice Ih). For low DO-content hydrogel, a broad band is observed at temperatures less than 220 K. The result indicates the existence of amorphous ice in the hydrogel. During the heating process, diffraction peaks from ice crystals appear in the profiles. The peaks indicate that cubic ice and hexagonal ice exist at temperatures above 220 K. We first obtained structure parameters of these ices in the hydrogel, which indicate the existence of low-density ice in the hydrogel.