POSEIDON Pro

2026.4.4

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高分子化学 > POSEIDON Pro

[1.概要]

POSEIDONというのはPOlymer SEquence IDentify ON Macというポリマー中のモノマーの並び順（シーケンス）を計算するソフトウエアーとしてLLC: Pirika.com社CEOの山本博志、つまり私によって開発されたソフトだ。これをPirika ProとマージしPOSEIDON Pirika Pro (POSEIDON PP)という名称にした。ラジカル重合のシーケンスを解析しポリマー物性の予測を行う。その為に必要なソフトを一つにまとめた。構成を図１に示す。

[2. POSEIDON PPの構成]

• シーケンス解析機能:
  Alfrey-PriceのQ-eスキーム[*1]を使ったポリマー中モノマーのシーケンス解析
  レジスト用途、膜用途などでモノマーQe値を設定。シーケンス解析。
• B3LYP-POSEIDON：
  密度汎函数法で計算した反応速度定数からシーケンス解析[*2]
• ラジカル-モノマーの遷移状態：
  MOPACで得た遷移状態(TS)リスト。密度汎函数法で計算するための初期構造[*3]
• Qe値の予測：
  分子構造からQe値を予測する。[*4]
• 実験値からQe値を定める：
  自社独自のシステム構築。モノマー比率、重合度を変えた実験でポリマー中への導入量がある場合自社独自のQe値を定める[*5]。
• ポリマー物性推算:
  Van Krevelen法[*6]、YPB法[*7]を用いた物性推算

[3. シーケンス解析]

シーケンス解析を行うためには、反応性比r1,r2が必要になる。
MMAとEBR-９を50mol%で重合度30％までPoseidonでシミュレーションする。Qe値は内蔵パラメータを使う。Qe値から計算したrijの値が出力される。A: MMA、B: EBR-9とする。50：50の濃度で重合をスタートする。モンテカルロのシミュレーション行うと次のようなイメージのポリマーができる。
AAABBAABAABABAABAABBABABBABABABBAAAABAABAAAABABAAAAAAB
ポリマー中にはA: 63.26 mol%、B: 36.74 mol%導入される。
1％重合した後には、残りのモノマーの比率は49.87：50.13になる。これを30%まで繰り返す。

Monomer List A: MMA B: EBR-9 rij (Kii/kij) 1 1.214 0.285 1 Polymerization 0 – 1% Image of Polymer AAABBAABAABABAABAABBABABBABABABBAAAABAABAAAABABAAAAAABABABAABBAAAABAABABAABBAAAABABABBAABBBBAABABAAAABBBBAAAAAAAAAABAABABABABAABABAABABAAABABAABABABAABABAABBBAABAAABAABAABAAAABABBABAAABABAAAABAAAABBAABBABBBAAAABBABABABAABBBAAAABAAAAAAAAAAABBAAAAABBABAABABAABBAAABBABAAAAABAAABABBBABAAAAAAAABBABAAABABAAAAAAAABABAAAAABABABAAABAAAAABABBABAABAAAABAAABBBAAABAABAAABABBAAAABABAABAABAAABABABBBBAAABBABAABABAABAABABABBAABAABAAABABABABAAAAABAABAAAAABABBAABABBAAAABAABAAABABAABABAABBAAABAABAAAAABABAAAAABABBA Monomer mol% A: 50 mol% B: 50 mol% in Polymer mol% A: 63.26 mol% B: 36.74 mol% Diad % A-A: 34.7% A-B: 28.56% B-A: 28.56% B-B: 8.18% Polymerization 1 – 2% Image of Polymer BABABAABAAAABBAAABAAAABABABAAAABAABAAAABAABAABAAABABBBAABBABB Polymerization 29 – 30% Image of Polymer BBABBABAABAAABABABBABBAABABABABAABABAABABAAAAABAABAAAABABABABBBBBAAABAABABBAAABAAAABBAAABAAABAABABABABBBAABBAABABABBABBABABBAAAAABABABABAABAABABAAAABAABABABAAAABBAABBAAABABABABAAABAAABAABAAABABBAAAAAABABABAAABAAAAABAABAABAAAAAAABABABAAAABAAABBAABABAAABABBBAAABBAABAABBABABBBAABAABABBAAAABAABBABABAABBAAAABABABAAAABABAABAAAAABBAAAABABABABAABBABAAAAAABBBBAAAABABAABABBBABBAAAAAAAAAAABAAAABBAAABAABABABAAAAABABBAAAABABAAAABAAAAAAAAABBAABABAAABAAABBAAABBAABABABAAAABAAAABAABBAABAAAABBABABBABBABAAAAABAAA Monomer mol% A: 45.201472114749464 mol% B: 54.79852788525054 mol% in Polymer mol% A: 59.84 mol% B: 40.16 mol% Diad % A-A: 30.01% A-B: 29.83% B-A: 29.83% B-B: 10.33% Summary Degree of Polymerization Mono.MMA Mono.EBR-9 Poly.MMA Poly.EBR-9 MMA-MMA MMA-EBR-9 EBR-9-MMA EBR-9-EBR-9 1 50 50 63.26 36.74 34.7 28.56 28.56 8.18 2 49.87 50.13 63.01 36.99 34.28 28.73 28.73 8.27 3 49.73 50.27 63.25 36.75 34.68 28.57 28.57 8.18 4 49.59 50.41 62.92 37.08 34.12 28.8 28.8 8.28 5 49.45 50.55 63.07 36.93 34.47 28.61 28.61 8.32 6 49.31 50.69 63.03 36.97 34.42 28.61 28.61 8.36 7 49.16 50.84 62.56 37.44 33.7 28.86 28.86 8.58 8 49.02 50.98 62.68 37.32 33.65 29.03 29.03 8.29 9 48.87 51.13 62.56 37.44 33.65 28.92 28.92 8.52 10 48.72 51.28 62.36 37.64 33.4 28.96 28.96 8.67 11 48.57 51.43 62.29 37.71 33.35 28.94 28.94 8.77 12 48.42 51.58 62.06 37.94 32.94 29.12 29.12 8.83 13 48.26 51.74 62 38 32.91 29.1 29.1 8.9 14 48.1 51.9 61.73 38.27 32.53 29.2 29.2 9.07 15 47.94 52.06 62.07 37.93 33.08 28.99 28.99 8.94 16 47.78 52.22 61.7 38.3 32.56 29.14 29.14 9.16 17 47.61 52.39 61.69 38.31 32.47 29.21 29.21 9.1 18 47.44 52.56 61.51 38.49 32.33 29.18 29.18 9.31 19 47.27 52.73 61.32 38.69 32.05 29.27 29.26 9.42 20 47.1 52.9 61.06 38.94 31.61 29.46 29.46 9.48 21 46.92 53.08 61.01 38.99 31.58 29.44 29.44 9.55 22 46.75 53.25 60.73 39.27 31.19 29.55 29.55 9.72 23 46.57 53.43 61.04 38.96 31.64 29.4 29.4 9.56 24 46.38 53.62 60.45 39.55 30.92 29.53 29.53 10.02 25 46.19 53.81 60.68 39.32 31 29.68 29.68 9.64 26 46 54 60.4 39.6 30.65 29.75 29.75 9.85 27 45.8 54.2 60.26 39.74 30.54 29.72 29.72 10.03 28 45.61 54.39 60.05 39.95 30.18 29.87 29.87 10.08 29 45.41 54.59 59.95 40.05 30.14 29.81 29.81 10.24 30 45.2 54.8 59.84 40.16 30.01 29.83 29.83 10.33

Summaryから、重合が進むにつれMMAが早く消費され、EBR-9が濃くなる。ポリマー中の導入量はMMAで63.3％から59.8％へと変化する。平均するとMMA：61.7％、EBR-9：38.3%となる。元素分析や残存モノマーから導入量比率を求めた場合にはシミュレーションの平均導入比率で比較する。

[4. 反応性比の入手]

シーケンスを計算するには反応性比が必要になる。Poseidon Proでは分子軌道法の遷移状態から求める方法とAlfrey-Price Qe値から算出する方法を採用している。平均的なQe値はデータベースに持たせることも可能である。企業でラジカル重合シミュレーションを行う為には自社独自のQe値を定めた方が良い[*5]。図2にレジストに使われるモノマーを示した。多くのモノマーのQe値は知られていない。共重合体中のモノマー比率は[M1]x-[M2]yのように表記されているが、どのようなシーケンスになっているかは示されていない。遷移状態計算、CNDO/2、DGC法を使い構造のみから反応性を予測する。もしくは複数の実験結果を解析してPOSEIDONに都合のよいQe値を決定する。

[5. 理論式ではない]

重合シミュレータを作る時にラジカル重合論[*8]から組み立てる方法もある。POSEIDONはそれとは逆の方向のアプローチだ。現実がある。それを再現するパラメータを考えていく。

[6. わかってくる事がある]

重合と言うのは手繋ぎ鬼のようなものだ。手を繋いだ方は動きがどんどん遅くなる。ラジカルというのは反応性が高そうな語感がある。だからラジカルはモノマーを攻撃するように思ってしまう。ポリマー末端のラジカルは動けない。モノマーが近寄ってくるのを待つしかない。もしくは手繋ぎ鬼で校庭の隅に囲い込んで捕まえる。（重合で言うカゴ効果：重合後期で急速に反応が速くなる）

[7. 図表]

[8. pirika.comのリンク]

*1: Alfrey-PriceのQ-eスキーム
*2: 密度汎函数法で計算した反応速度定数
*3: MOPACで得た遷移状態(TS)
*4: 分子構造からQe値を予測する。
*5: Qe値の決定法
*6: Van Krevelen法
*7: YPB法
*8: ラジカル重合論

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Qe値とは何なのかを考える。
私は拡散係数なのかと思う。
ラジカルとモノマーの活性化エネルギーは低い。出会ったらほとんど障壁なしに反応する（開始剤が開裂する温度なら）。モノマー同士がどのように溶解しているのか、溶媒やポリマーの中をどう拡散していくのか。
ハンセンの溶解度パラメータ(HSP)は重合シミュレータの設計にも非常に多くの知見を与える。同じようにHSP-AiSOGで計算される活量係数も多くの洞察を与える。山本の中のHSPファミリーに新しいメンバーが加わった。