| 高分子物性推算システム |
高分子データベース (PoLyInfo) は材料設計開発を支援するための総合的なデータベースを目指し、高分子分野の学術文献からデータを収集しています。
これまでにデータベースに蓄積されたデータを活用し、データ間を補うことを目的とした物性推算機能を既存のシステムに加えてご提供いたします。
物性推算を行うことにより研究開発においてポリマーのおおよその目安となる物性を算出することができます。 |
| 原子団寄与法 |
原子団寄与法はポリマーの構成繰り返し単位 (CRU) の化学構造から物性を推算する手法です。予測対象となる物性をいくつかの因子の関係式として表し、それぞれの因子を構成繰り返し単位
(CRU) 中に含まれる原子団から の寄与 (原子団パラメーター) の和として計算します。関係式や原子団パラメーターは実測データの解析により求められることから、化学構造と物性値を関連づ
けたデータベースが効果的に利用できる手法です。
PoLyInfoで採用しているVan Krevelenの物性推算*では、物性ごとおよび原子団ごとに定められたパラメーターが存在しない場合には計算できません。
*) D.W. Van Krevelen, Klaas te Nijenhuis, "Properties of Polymers,
Fourth Edition" Elsevier Science, 2009 |
| 推算物性 |
PoLyInfoの物性推算機能は使用頻度の多い10物性17種の推算法を用意しています。
- Tg: Glass transition temperature (ガラス転移温度)
- Tm: Melting temperature (融点)
- δ: Solubility parameter (溶解度パラメータ)
- γ: Surface tension (表面張力)
- ε: Dielectric constant (誘電率)
- n: Refractive index (屈折率)
- ρsc: Density of semi-crystalline polymer (密度)
- K: Bulk modulus (体積弾性率)
- G: Shear modulus (剪断弾性率)
- σmax: Tensile stress(strength) at break (引張破壊応力)
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| 計算方法 |
- PoLyInfoに登録されているポリマーは "CU Infomation" の下段に物性推算結果を表示しています。
- PoLyInfoに未登録のポリマーは上部のメニューより "Property Prediction"
の "Group contribution" をクリックし、"by Modeling"
(詳細構造検索)と同様のモデリングツールを立ち上げ、作図して計算を行うことができます。
- 物性推算結果が表示された後、表の左上の "Edit CU" をクリックすることによりモデリングツールが起動し、ツール上に先程対象としたポリマーの構成繰り返し単位(CRU)
が表示されます。この構成繰り返し単位 (CRU) に基本要素を追加、置換、削除などを行い、新たに物性推算を行うことができます。
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◆ モデリングツールを用いた物性推算の手順 |
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1) メニューより"Property Prediction" の "Group contribution"
をクリックすると、物性推算モデリングツールが立ち上がります。
2) パレットおよび "Libraries" より基本要素を選択し、それぞれつなぎ合わせて目的のポリマー構造を作成します。
3) モデリングツールのツールバー内 "Tools" から "Prediction"
を選択し計算を行います。
4) 作成したポリマー構造の計算結果が表示されます。
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◆ ツールバーの内容 |
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- File
- New (モデリングの新規作成)
Quit (モデリングの終了)
- Edit
- Undo (操作の取り消し)
Redo (操作の再実行)
All clear (全消去)
Replace (基本要素の置換)
Delete (基本要素の削除)
Node exchange (基本要素の反転)
Compact (繰り返しの簡略表現)
Expand (繰り返しの簡略表現からの展開)
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- Libraries
- Chain Elements (鎖状の基本要素)
3-&4-Membered Rings (3員環と4員環)
5-Membered Rings (5員環)
6-Membered Rings (6員環)
5+6-Membered Rings (5員環と6員環が縮合した構造)
6+6-Membered Rings (6員環二つが縮合した構造)
Others (上記以外の基本要素)
- Utilities
- Hystory (履歴を表示)
- Tools
- Prediction (作図したポリマーの物性推算を実行)
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◆ モデリングツール実行環境 |
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モデリング ツールは、Javaアプレットになっており、以下の環境が必要です。"By
substructure"が動作していれば必要ありません。
Java Runtime Environment (JRE) バージョン1.3.1以上
Java Runtime EnvironmentはSun Microsystems社が提供するJavaTMの実行環境です。
http://java.sun.com/j2seから無料でダウンロードすることができます。 |
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| 計算結果の表示 |
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計算結果は "CU infomation" の下段にテーブルとして表示されます。
- Property
それぞれの項目をクリックすると物性の推算式を表示します。
- Value (V.K.)
Van Krevelenのパラメータと式を用いて計算した結果を表示します。
参照) D.W. Van Krevelen, Klaas te Nijenhuis, "Properties of Polymers,
Fourth Edition" Elsevier Science, 2009
- Condition(*) (V.K.)
Value (V.K.) 算出時に用いた条件を表示します。
項目によっては数値を入力し、"re-calc" ボタンをクリックすることにより再計算を行うことができます。
- Value (PoLyInfo)
PoLyInfoのパラメータとVan Krevelenの式を用いて計算した結果を表示します。
[主要41ポリマーについてPoLyInfoに収録されている物性値をもとに最適化を行ったパラメータを使用。]
物性値をクリックするとPoLyInfoのパラメーターを表示します。
- Condition(*) (PoLyInfo)
Value (PoLyInfo) 算出時に用いた条件を表示します。
項目によっては数値を入力し、"re-calc"ボタンをクリックすることにより再計算を行うことができます。
- Observed Average
PoLyInfoに収録されている各ポリマーにおけるそれぞれの物性の平均値を表示します。
- Observed Median
PoLyInfoに収録されている各ポリマーにおけるそれぞれの物性の中央値を表示します。
- Data point
PoLyInfoに収録されている各ポリマーにおけるそれぞれの物性のデータ数を表示します。クリックするとヒストグラムが表示されます。
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| 再計算 |
物性推算を行った17種の推算法の中で "モル体積"、"結晶化度"、"密度"のように各自で設定可能な要素を含む場合、"Condition
(*)" 欄が入力可能になっています。
それぞれ設定し "re-calc" ボタンをクリックすると、入力した値でその推算法の再計算を行います。
(注) 再計算は1項目づつに適用されます。複数項目の同時再計算には今のところ対応していません。
モル体積
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- δ: Solubility parameter (溶解度パラメータ)
- γ: Surface tension (表面張力)
- ε(1): Dielectric constant (誘電率)
- n(1): Refractive index (屈折率)
- n(2): Refractive index (屈折率)
- K: Bulk modulus (体積弾性率)
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結晶化度
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- ρsc(1): Density of semi-crystalline polymer (密度)
- ρsc(2): Density of semi-crystalline polymer (密度)
- ρsc(3): Density of semi-crystalline polymer (密度)
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密度
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- K: Bulk modulus (体積弾性率)
- G: Shear modulus (剪断弾性率)
- σmax: Tensile stress(strength) at break (引張破壊応力)
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| 計算不可 |
PoLyInfoで採用しているVan Krevelenの物性推算では、物性ごとおよび、原子団ごとに定められたパラメーターが存在しない場合には、ポリマー構成繰り返し単位
(CRU)の物性は計算できません。計算できない場合は "not calculated"
と表示し、クリックすると計算できなかった原子団を表示するようにしています。
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| 推算式 |
| Tg: Glass transition temperature (ガラス転移温度) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
Tg = 1000*Yg / M0
where
Yg= Σ Yg, i
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| 単位 |
K |
| 推算に必要な物性値 |
M0 : 構成繰り返し単位(CRU)分子量 [g/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
Yg : モルガラス転移関数 [K*kg/mol] |
| 原子団パラメータ |
Yg, i : モルガラス転移関数に対する原子団パラメータ [K*kg/mol] |
| Tm: Melting temperature (融点) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
Tm = 1000*Ym / M0
where
Ym= Σ Ym, i
|
| 単位 |
K |
| 推算に必要な物性値 |
M0 : 構成繰り返し単位(CRU)分子量 [g/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
Ym : モル融解転移関数 [K*kg/mol] |
| 原子団パラメータ |
Ym, i : モル融解転移関数に対する原子団パラメータ [K*kg/mol] |
| δ: Solubility parameter (溶解度パラメータ) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
δ = (Ecoh / V)1/2
where
Ecoh = Σ Ecoh, i
|
| 単位 |
(J/cm3)1/2 |
| 推算に必要な物性値 |
V : 構成繰り返し単位(CRU)のモル体積 [cm3/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
Ecoh : Hoftyzer & Van Krevelenのモル凝集エネルギー [J/mol] |
| 原子団パラメータ |
Ecoh, i : モル凝集エネルギーに対する原子団パラメータ [J/mol] |
Component divided Solubility parameter (溶解度パラメーターの成分分割)
δd: Dispersive component of SP (溶解度パラメーターの分散成分)
δp: Polar component of SP (溶解度パラメーターの極性成分)
δh: Hydrogen bonding component of SP (溶解度パラメーターの水素結合成分) |
[Van Krevelen, Yao] |
| 推算式 |
δi = δ * ( δHi2 / ( δHd2 + δHp2 + δHh2 ))1/2 (i = d, p, h)
where
δHd = Σ Fd, i / V
δHp = (Σ (Fp,i)2)1/2 / V
δHh = (Σ Eh,i / V)1/2
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| 単位 |
(J/cm3)1/2 |
| 推算に必要な物性値 |
V: 構成繰り返し単位(CRU)のモル体積 [cm3/mol]
δ: 溶解度パラメーター [(J/cm3)1/2] |
| 原子団パラメータ |
Fd, i: モル吸引力の分散成分に対する原子団パラメータ
Fp, i: モル吸引力の極性成分に対する原子団パラメータ
Eh, i: 凝集エネルギーの水素結合力に対する原子団パラメータ |
| γ: Surface tension (表面張力) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
γ = (Ps / V)4
where
Ps = Σ Ps, i
|
| 単位 |
erg/cm2 |
| 推算に必要な物性値 |
V : 構成繰り返し単位 (CRU)のモル体積 [cm3/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
Ps : モルパラコール [(cm3/mol)*(erg/cm2)1/4] |
| 原子団パラメータ |
Ps, i : モルパラコールに対する原子団パラメータ[(cm3/mol)*(erg/cm2)1/4] |
Component divided Surface tension (表面張力の成分分割)
γd: Dispersive component of ST (表面張力の分散成分)
γp: Polar component of ST (表面張力の極性成分)
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[Van Krevelen, Yao] |
| 推算式 |
γd = γ * (1 - p)
γp = γ * p
where
p = 1-(δd / δ)2
|
| 単位 |
erg/cm2 |
| 推算に必要な物性値 |
γ: 表面張力 [erg/cm2]
δ: 溶解度パラメータ [(J/cm3)1/2]
δd: 溶解度パラメータの分散成分 [(J/cm3)1/2] |
| ε(1): Dielectric constant at 298K, 589nm (誘電率) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
ε = (V0 + 2*PLL) / (V0 - PLL)
where
PLL= Σ PLL, i
|
| 単位 |
- |
| 推算に必要な物性値 |
V0: 構成繰り返し単位(CRU)のモル体積 [cm3/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
PLL: Lorentz-Lorenzのモル分極 [cm3/mol] |
| 原子団パラメータ |
PLL, i: Lorentz-Lorenz のモル分極に対する原子団パラメータ [cm3/mol] |
| ε(2): Dielectric constant at 298K, 589nm (誘電率) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
ε = (PV / M0)2
where
PV = Σ PV, i
|
| 単位 |
- |
| 推算に必要な物性値 |
M0: 構成繰り返し単位(CRU)の分子量 [g/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
PV: Vogelのモル分極 [g/mol] |
| 原子団パラメータ |
PV, i: Vogelのモル分極に対する原子団パラメータ [g/mol] |
| n(1): Refractive index at 298K, 589nm (屈折率) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
n = ((1+2*(RLL / V )/(1-(RLL / V )))1/2
where
RLL= Σ RLL, i
|
| 単位 |
- |
| 推算に必要な物性値 |
V: 構成繰り返し単位(CRU)のモル体積 [cm3/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
RLL: Lorentz-Lorenzのモル屈折 [cm3/mol] |
| 原子団パラメータ |
RLL, i: Lorentz-Lorenzのモル屈折に対する原子団パラメータ [cm3/mol] |
| n(2): Refractive index at 298K, 589nm (屈折率) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
n = 1+(RGD / V)
where
RGD = Σ RGD, i
|
| 単位 |
- |
| 推算に必要な物性値 |
V: 構成繰り返し単位 (CRU)のモル体積 [cm3/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
RGD: Gladstone-Daleのモル屈折 [cm3/mol] |
| 原子団パラメータ |
RGD, i: Gladstone-Daleのモル屈折に対する原子団パラメータ [cm3/mol] |
| n(3): Refractive index at 298K, 589nm (屈折率) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
n = 1+(RV / M0)
where
R V = Σ R V, i
|
| 単位 |
- |
| 推算に必要な物性値 |
M0: 構成繰り返し単位 (CRU)の分子量 [g/mol] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
RV: Vogelのモル屈折 [g/mol] |
| 原子団パラメータ |
RV, i: Vogelのモル屈折に対する原子団パラメータ [g/mol] |
| ρsc(1): Density of semi-crystalline polymer at 298K (半結晶性ポリマーの密度) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
ρsc(298) =M0 / Vsc(298)
where
Vsc(298) = (1.60-0.165χc) Σ VW, i
|
| 単位 |
g/cm3 |
| 推算に必要な物性値 |
M0: 構成繰り返し単位 (CRU)の分子量 [g/mol]
χc: 結晶化度 |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
Vsc(298): 298Kにおける半結晶性ポリマーの構成繰り返し単位(CRU)のモル体積 [cm3/mol] |
| 原子団パラメータ |
VW, i: Van der Waals 体積に対する原子団パラメータ [cm3/mol] |
| ρsc(2): Density of semi-crystalline polymer at 298K (半結晶性ポリマーの密度) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
ρsc(298) =M0 / Vsc(298)
where
Vsc(298) = (1-0.103χc)Σ Va, i(298)
|
| 単位 |
g/cm3 |
| 推算に必要な物性値 |
M0: 構成繰り返し単位 (CRU)の分子量 [g/mol]
χc: 結晶化度 |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
Vsc(298): 298Kにおける半結晶性ポリマーの構成繰り返し単位 (CRU)のモル体積[cm3/mol] |
| 原子団パラメータ |
Va, i(298): 298Kにおける無定形部のモル体積に対する原子団パラメータ[cm3/mol] |
| ρsc(3): Density of semi-crystalline polymer at 298K (半結晶性ポリマーの密度) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
ρsc(298) =M0 / (χc*Vc(298)+(1-χc)Va(298))
where
Vc(298) = Σ Vc, i(298)
Va(298) = Σ Va, i(298)
|
| 単位 |
g/cm3 |
| 推算に必要な物性値 |
M0: 構成繰り返し単位 (CRU)の分子量 [g/mol]
χc: 結晶化度 |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
Vc(298): 298Kにおける結晶部のモル体積 [cm3/mol]
Va(298): 298Kにおける無定形部のモル体積 [cm3/mol] |
| 原子団パラメータ |
Vc, i(298): 298Kにおける結晶部のモル体積に対する原子団パラメータ [cm3/mol]
Va, i(298): 298Kにおける無定形部のモル体積に対する原子団パラメータ [cm3/mol] |
| K: Bulk modulus (体積弾性率) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
K = ρ ( UR / V)6
where
UR = Σ UR, i
|
| 単位 |
g*(cm / s2)-1 |
| 推算に必要な物性値 |
V: 構成繰り返し単位 (CRU)のモル体積 [cm3/mol]
ρ: 構成繰り返し単位 (CRU)の密度 [g/cm3] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
UR: モル弾性波関数内のRao関数 [(cm3/mol)*(cm/s)1/3] |
| 原子団パラメータ |
UR, i: モル弾性波関数内のRao関数に対する原子団パラメータ[(cm3/mol)*(cm/s)1/3] |
| G: Shear modulus (剪断弾性率) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
G = ρ (UH / V)6
where
UH = Σ UH, i
|
| 単位 |
g*(cm / s2)-1 |
| 推算に必要な物性値 |
V: 構成繰り返し単位 (CRU)のモル体積 [cm3/mol]
ρ: 構成繰り返し単位 (CRU)の密度 [g/cm3] |
| 原子団寄与法で計算される物理量 |
UH: モル弾性波関数内のHartmann関数 [(cm3/mol)*(cm/s)1/3] |
| 原子団パラメータ |
UH, i: モル弾性波関数内のHartmann関数に対する原子団パラメータ [(cm3/mol)*(cm/s)1/3] |
| σmax: Tensile stress(strength) at break (引張破壊応力) |
[Van Krevelen] |
| 推算式 |
σmax = 30*E2/3
where
E = 2*G*(1 + ν) or E = 3*K*(1 - 2* ν)
ν = (3*K - 2*G ) / (2*G + 6*K)
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| 単位 |
N/m2 |
| 推算に必要な物性値 |
E: 引張弾性率 (ヤング率) [g*(cm/s2)-1]
K: 体積弾性率 [g*(cm/s2)-1]
G: 剪断弾性率 [g*(cm/s2)-1]
ν: ポアソン比 |
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