Gelation process of polyacrylonitrile solutions as studied using small-angle neutron scattering techniques

小角中性子散乱法を用いたポリアクリロニトリルのゲル化過程

中野 翔太*; 紺野 壮見*; 富田 直人*; 松葉 豪*; 富永 大輝*; 高田 慎一  

Nakano, Shota*; Konno, Soken*; Tomita, Naoto*; Matsuba, Go*; Tominaga, Taiki*; Takata, Shinichi

J-PARC-MLFの小角・広角中性子散乱法および光透過率法を用いて、ポリアクリルニトリルのゲル化構造形成過程における水分子の影響に関する研究を行った。その結果、ジメチルスルホキシド(DMSO)溶媒中の水分子の増加により、相分離およびゲル化が促進されることがわかった。白濁したゲルの場合、ナノメータスケールの結晶化による架橋点相関および液-液相分離によるミクロスケールの平坦境界が観測され、その相関長はアニーリング時間に依存しないこと、架橋点は局所的に存在しミクロゲルが形成されていることがわかった。一方、透明なゲルの場合は、相関長がゲル化過程において上昇し、高分子鎖の絡まり合いが擬似的な架橋点として作用していることがわかった。

We studied the structural formation process of polyacrylonitrile (PAN) gelation in a wide-spatial scale with the small and wide angle neutron scattering in MLF, J-PARC. In micron-scale structure, light transmittance and gelation time were evaluated. The presence of water in the mixed solvent accelerated the phase separation and gelation. In the opaque-gel case, we observed the nanometer-scaled correlation of crystalline cross-linking points and smooth boundary of two micron-scaled phases due to liquid-liquid phase separation. The correlation length is independent of the annealing time, then the cross-linking point exists locally and micro-gelation occurs during phase separation. By contrast, in the transparent-gel case, the correlation length was found to increase throughout the gelation process, and the entanglements of the polymer chains play a role similar to that of cross-linking points.