刺激応答性高分子は、外部環境の変化（温度、溶液組成など）に対し可逆的に応答する能力を持つため、幅広い応用展望を有しています。この応答は、その鎖の構造、溶解度などの変化として現れることがあります。高分子は混合溶媒中でしばしば複雑な鎖の構造や凝集挙動を示し、その代表的な例としては、2つの良溶媒の混合からなる溶液中での高分子の溶解度が低下する現象である共溶媒非溶解性が挙げられます。しかし、現在、この共溶媒非溶解性現象の物理的メカニズムについては依然として大きな議論が存在しています。本研究では粗視化分子動力学シミュレーションを用いて、均質重合体単鎖と多鎖が混合溶媒中での鎖構造と凝集挙動を調査しました。その結果、混合溶媒中では多鎖系での高分子の鎖構造がそれに対応する単鎖系と著しく異なり、共溶媒比の増加と共に鎖が分散-凝集-再分散に移行することが示され、これは共溶媒非溶解性効果が生じることを意味しています。また、共溶媒は液-液相分離を示し、高分子と共溶媒は共に凝集体を形成し、共溶媒の濃い相を構成する。そして、凝集体内の全粒子数密度が系の平均粒子数密度よりも大きいことが確認されました。さらに、高分子と共溶媒の相互作用強度は高分子の径方向密度分布に有意な影響を持ち、その相互作用強度が大きくなるにつれて凝集体内の全粒子数密度が徐々に増加することが示されました。本研究は、混合溶媒中の高分子の微視的構造の変化機構を明らかにし、高分子の混合溶媒中の挙動を理解し、高分子溶液の巨視的な性質を調節する理論的根拠を提供しています。

分子動力学シミュレーション;混合溶媒;共溶媒非溶解性;鎖構造;凝集挙動