ゴム中のアクリロニトリルの相対誘電率とモノマー配列の関係

Relationship between the Relative Dielectric Constant and the Monomer Sequence of Acrylonitrile in Rubber.

• Ryosuke Matsuno
• Yuusaku Takagaki
• Takamasa Ito
• Hitoshi Yoshikawa
• Shigeaki Takamatsu
• Atsushi Takahara

抄録

アクリロニトリル-ブタジエンゴム（NBR）は、他のゴムに比べてガラス転移温度（）が低く、誘電率が高い。低誘電率と高誘電率の両立を理解するために、ゴム中のアクリロニトリル（AN）モノマー配列に着目し、ランダム共重合体と交互共重合体を合成し、その影響を評価しました。フーリエ変換赤外分光法によるニトリル基のC-N延伸振動と、二量体モデル計算に基づくニトリル基内のC-C結合周りの内部回転ポテンシャルエネルギー測定により、比誘電率のANモノマー配列依存性を調べた。NBRを含む交互共重合体はランダム共重合体よりも高い誘電率を示した。交番共重合体はpolyANでは∼2243cmからNBRでは∼2236cmにシフトしたが、ランダム共重合体は∼2239cmにシフトしただけであった。C-N延伸振動のピークはANの配列と相関していた。シフトの配列依存性は、C-N結合長の計算で説明できる。NBRモデルの内部回転ポテンシャルエネルギーが最も低かったことから、NBR主鎖が柔軟であり、主鎖中のANが回転しやすいことが示唆された。したがって、NBRは、交互配列の存在とNBR主鎖の柔軟性により、誘電率が高く、低いことがわかりました。

Acrylonitrile-butadiene rubbers (NBRs) have a lower glass transition temperature () and a higher dielectric constant than other rubbers. To understand how a low and a high dielectric constant are compatible, we focused on the acrylonitrile (AN) monomer sequence in rubber and synthesized random and alternating copolymers to evaluate the effect of the sequence. The AN monomer sequence dependence of the relative dielectric constant was investigated by the C-N stretching vibration of the nitrile group through Fourier transform infrared spectroscopy and internal rotation potential energy measurements around the C-C bond within the nitrile group based on dimer model calculations. The alternating copolymers, including NBR, showed a higher dielectric constant than random copolymers. The alternating copolymer shifted from ∼2243 cm for polyAN to ∼2236 cm for NBRs, while the random copolymer only shifted to ∼2239 cm. The peak of the C-N stretching vibration was correlated with the AN sequence. The sequence dependence of the shift can be explained by the C-N bond length calculation. The internal rotation potential energy between and of the NBR model was the lowest, indicating that the NBR main chain is flexible and that AN in the main chain rotates easily. Therefore, NBR has a high dielectric constant and a low because of the presence of an alternating sequence and the flexibility of the NBR main chain.

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