[解析事例] ガラス転移温度評価
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分子構造とガラス転移温度の関係を分子シミュレーションで評価
目的と手法
分子動力学エンジン「COGNAC」を用いることで、ポリマーのガラス転移温度Tgを評価することができます。具体的には、系を高温に設定した状態から温度を一定間隔で下げていき（クエンチ）、系の体積変化を評価していきます。結果的に、体積変化の屈曲点が現れれば、その温度がガラス転移点温度となります。
アモルファス状態のポリマーのデータを用いて、ガラス転移点温度を評価しました。図2はアモルファス状態のポリエチレンにおける、系の比体積の温度変化の様子を示します。体積変化の様子が明確に変わる温度を有しており、これをガラス転移点として評価しました。
図1. バルク状態のポリカーボネート
図2. ポリエチレンにおける系の比体積の温度変化
解析結果
様々な物質についてガラス転移温度を求めました。各物質とも、それぞれの結果をグラフにしてみると、物質ごとの傾向は捉えられていることがわかります。Tgの値が実験値と比べて大きめに評価されているのは、MD計算におけるクエンチの速度が非常に速いことと、あとは計算精度的な限界であると考えられますが、定性的な評価には十分に用いることが可能であると考えられます。
図3. 各ポリマーのガラス転移温度
| 物質 | Tg（計算） [℃] |
Tg（実験） [℃] |
密度（計算） [g/cm3] |
密度（実験）[1] [g/cm3] |
|---|---|---|---|---|
| ポリエチレン | 48.64 | -50 | 1.11 | 0.9 |
| ポリエチレン テレフタラート |
169.41 | 75 | 1.28 | 1.38 |
| ポリスチレン | 183.03 | 100 | 1.06 | 1 |
| ポリカーボネート | 215.06 | 144 | 1.12 | 1.2 |
- ●参考文献
- [1] Polyinfoデータベースより抜粋
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