「架橋度」の求め方がわかりません。

質問

高吸水性ポリマーとしてポリアクリル酸ナトリウムの架橋物を合成する実験についての疑問です。

　アクリル酸ナトリウムに架橋剤としてN,N’-メチレンビスアクリルアミドを加え、ポリマーを合成したのですが、その架橋度の求め方がわかりません。

　非常に無知で申し訳ないのですが、そもそも「架橋度」というのはどういったものなのですか？
　ある1分子のポリマーにおいて架橋されうる部位のうち、実際に架橋されている部位の割合で、％で表すものなのでしょうか？だとしたらアクリル酸ナトリウムとN,N’-メチレンビスの物質量の比から求めるのですか？

　高校生のときの問題集や赤本などもいろいろと調べてみましたが、架橋度を求めよという問題が見当たらなかったのでこの場で質問させていただきました。御回答よろしくお願いします。

※具体的な値（加えたN,N’-メチレンビスの量など）も載せたほうがいいという場合にはそれに応じます。

回答No.1

DexMachina

はじめに、素人であることをお断りさせて戴いた上で・・・

Webで検索してみたところ、架橋度には、大きく分けて

1)原料モノマーと架橋剤の使用量から計算で出す；
http://www.wacon.co.jp/technical/kouza/mizu1.html
(キーボードでCtrlと「Ｆ」キーを同時押しして「架橋度」で検索)
2)生成ポリマーを溶解させ、不溶分を実測して出す；
http://www.furukawa.co.jp/jiho/fj111/fj111_18.pdf
(2頁目の「4.3.4.架橋度 (ゲル分率)」の章を参照)

という2つの考え方があるようです。
(ただ、幾つかのサイトを見た印象としては、本来の「架橋度」は前者を指すものの、
　それだと実際の生成物の物性の指標にならない(→全ての高分子で本当に全て
　取り込まれるとは限らない)ので、実態を知るために後者の測定が行われている、
　ということのようです)

どちらが妥当なのかはその時々によると思いますが、もし学生実験での課題だと
いうことでしたら、生成ポリマーの再溶解実験を行ったかどうかで、判断できると
思います。
(「再溶解させて、溶け残りの質量を計測」という作業をやっていなければ、「2)」に
　よる架橋度は出しようがない、ということで)

なお、上記「1)」で紹介したサイトでは、「架橋剤/仕込みモノマー」(実際の表記は
「DVB/仕込みモノマー」)となっていますが、この「仕込みモノマー」は恐らく通常
モノマー(ご質問の系ではアクリル酸ナトリウム)と架橋剤との「合計量」を意味して
いるものと思います。
(この場合、架橋剤もモノマーと見ることができるということと、そう考えないと通常
　モノマーと架橋剤との1対1の反応が「架橋度100％」、更に架橋剤を増やせば
　100％を越えることになってしまい、一般的な感覚として違和感がある、ということ
　を根拠とした推測ですが)

この「合計量」を「質量単位」で考えるのか、「モル単位」で考えるのかはわかりませんでしたが、
多少計算の手間が増えますが、「モル単位」で出しておき、「架橋度○％(モル換算)」等と添え書き
すれば問題ないのではないかと思います。