広角中性子回折データに基づく高分子結晶構造解析の最先端

摘要

高分子の結晶構造は、高分子の構造物性相関解明を目指す研究にとって最も重要な基本情報である。一般にはX線構造解析が広く行われているが、高分子結晶領域サイズの小ささ、分子鎖充填構造の乱れなどが影響して、観測される回折点は低分子単結晶の回折点に比べると圧倒的に幅広く、広角領域では急速に強度が減衰してほとんど読めない。結果として解析に利用できる回折点の数はせいぜい数十個もあれば良いほうで、解析された構造の信頼度は必ずしも高くない。高分子科学が確立された1920～1930年代にすでに高分子のX線構造解析が行われているが、それ以来、構造の信頼性を高めるべくさまざまの努力がなされている。%The most advanced state of crystal structure analysis of polymer substances has been reviewed on the basis of wide-angle neutron diffraction (WAND) data. Several case studies have been used to extract the hydrogen atomic positions in the unit cell, which are indispensable in the most reliable theoretical estimation of ultimate mechanical properties of polymer crystals as a guiding principle to develop the polymer materials with more excellent mechanical properties. These 2D WAND data were collected using a BIX-3 system of JRR-3 and also an i-BIX system of J-PARC, Tokai-mura, Japan. The organized combination of WAND data with high-energy synchrotron wide-angle X-ray diffraction data has been found to give the most accurate crystal structure information as exemplified for the cases of polyoxymethylene and poly (L-lactic acid). Another utilization of neutron scattering is also pointed out for the studies of molecular motions in the phase transitions, chain aggregation state in the melt, and so on.