金/異方性 UHMWPE のナノコンポジット：光学的および構造的研究を組み合わせた

Nanocomposites of Au/Disentangled UHMWPE: A Combined Optical and Structural Study.

• Stavros X Drakopoulos
• Oreste Tarallo
• Linlin Guan
• Ignacio Martin-Fabiani
• Sara Ronca

抄録

disentangledという用語は、アモルファス領域のもつれが少ないポリマーを指すが、これは材料の特性や加工挙動に大きな影響を与える準安定状態である。超高分子量ポリエチレン（dis-UHMWPE）の低エンタングルメント密度は、非常に高いドローレシオと結晶性に達する一軸配向の試料への固体加工性を促進する。本研究では、金/dis-UHMWPEナノコンポジットを作製し、可変ドローレシオで加工した。偏光顕微鏡により、金ナノ粒子はポリマー鎖の延伸に続いてアレイ状に配向していることが示唆された。ラマン分光法,広角及び小角X線散乱,近赤外分光法を用いて、配向したときの構造的特徴を調べた。広角X線散乱法で計算した結果、結晶化度は15%増加することがわかった。また、可視スペクトルにおける吸光度の変化から、金の凝集体の平均サイズが配向に伴って大きくなることがわかり、X線小角散乱法によって定量的に支持された。金ナノ粒子はアモルファス鎖セグメント内に存在することが予想されるため、前述の知見は結晶性の増加により、利用可能な（アモルファス）空間が減少したことに起因すると考えられる。

The term disentangled refers to polymers with fewer entanglements in the amorphous regions, a metastable condition that can significantly affect the material's properties and processing behavior. The lower entanglement density in ultra-high molecular weight polyethylene (dis-UHMWPE) facilitates the solid-state processability into uniaxially-oriented specimens reaching very high draw ratios and crystallinities. In this study, Au/dis-UHMWPE nanocomposites were formulated and processed at variable draw ratios. Polarized light microscopy suggests gold nanoparticles are oriented in arrays following the drawing of polymer chains. The structural features, upon orientation, are studied by means of Raman spectroscopy, wide- and small-angle X-ray scattering, and near-infrared spectrophotometry. Crystallinity is found to increase by 15%, as calculated by wide-angle X-ray scattering. The change in optical absorbance in the visible spectrum indicates that, with orientation, the average size of gold aggregates increases, supported quantitatively by small-angle X-ray scattering. Since the gold nanoparticles are expected to be found within amorphous chain segments, the aforementioned findings are attributed to the increase of crystallinity and thus the decrease of available (amorphous) space.