Water lubrication and depth profile analysis of network-type brush with a gradient structure

• Project/Area Number: 19750098
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Polymer chemistry
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: KOBAYASHI Motoyasu Kyushu University, 先導物質化学研究所, 助教 (50323176)
• Project Period (FY): 2007 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2008: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2007: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 高分子化学 / 表面科学 / トライボロジー / ポリマーブラシ / 架橋 / 表面開始重合 / 原子移動ラジカル重合 / 薄膜 / ゲル

Research Abstract

シリコン基板表面に厚さ数十〜数百nmの超親水性ポリマーブラシ薄膜を表面開始重合法により調製した。ポリマー側鎖に結合しているホスホリルコリン基とアミノ基が大気中の水分を吸着させるためブラシ薄膜表面では水潤滑が生じやすく、低い動摩擦係数を示した。さらに、アミノ基をハロゲン化アルキルと反応させることでポリマーブラシ内部を部分的に、または位置選択的に架橋させることで傾斜ネットワークポリマーブラシという新たな薄膜を調製した。架橋構造を導入することで耐摩耗性が5倍以上向上することが明らかとなった。また、このポリマーブラシ薄膜の構造を中性子反射率測定により解析したところ、ブラシ鎖は水中において伸びきり鎖長に匹敵するほど伸長しており、溶媒組成や塩濃度により膨潤膜厚が変化することを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Surface and Interface Structure and Tribological Properties of Hydrophilic Polymer Brushes (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, T. Yamaguchi, Y. Terayama, Zhe Wang, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • Journal Title: Nihon Reoroji Gakkaishi 36(2) Pages: 107-112
  • NAID: 10025542193
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超親水性ポリマーブラシ表面の潤滑特性 (2008)
  • Author(s): 小林元康,海道昌孝,鈴木厚,石原一彦,高原淳
  • Journal Title: トライボロジスト 53(6) Pages: 9-14
  • NAID: 10021139267
• [Journal Article] Dimensions of Free Linear Polymer and Polymer Immobilized on Silica Nano Particles of a Zwitter Ionic Polymer in Aqueous Solutions with Various Ionic Strengths (2008)
  • Author(s): Y. Matsuda, M. Kobayashi, M. Annaka, K. Ishihara, A. Takahara
  • Journal Title: Langmuir 24(16) Pages: 8772-8778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Aggregation States of Surface-grafted Poly{2-(perfluorooctyl)ethyl acrylate} Thin Film Analyzed by Grazing Incidence X-ray Diffraction (2008)
  • Author(s): H. Yamaguchi, K. Honda, M. Kobayashi, M. Morita, H. Masunaga, O. Sakata, S. Sasaki, A. Takahara
  • Journal Title: Polym. J 40(9) Pages: 854-860
  • NAID: 10021994248
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of the Interface Structure of Hydrophilic and Hydrophobic Polymer Brushes by Neutron Beam and Synchrotron Radiation (2008)
  • Author(s): H. Yamaguchi, Y. Terayama, K. Honda, M. Kobayashi, O. Sakata, M. Takata, S. Sasaki, N. Torikai, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • Journal Title: Trans. MRS-J 33(3) Pages: 573-577
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Precise design of surface nanotexture and surface chemistry of fluoropolymers (2008)
  • Author(s): K. Honda, H. Yamaguchi, T. Kimura, Y. Terayama, M. Kobayashi, M. Morita, H. Masunaga, S. Sasaki, O. Sakata, N. Torikai, K. Ishihara, A. Takahara
  • Journal Title: Composit Interface (accepted)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure and Surface Properties of High-density Polyelectrolyte Brushes at the Interface of Aqueous Solution (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, H. Yamaguchi, Y. Terayama, Z. Wang, K. Ishihara, M. Hino, A. Takahara
  • Journal Title: Macromol. Symp (accepted)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On the Dimension of a Hyperbranched Polymer Synthesized from a Styrene Derivative (2008)
  • Author(s): Y. Matsuda, M. Kobayashi, A. T akahara, A. Tanaka, H. Hayashi, M. Annaka, and T. Sato
  • Journal Title: Polym. J. 40(4) Pages: 375-378
  • NAID: 10021117300
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface and Interface Structure and Tribological Properties of Hydrophil is Polymer Brushes (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, T. Yamaguchi, Y. Terayama, Zhe Wang, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • Journal Title: Nihon Reoroji Gakkaishi, 2008 36(2) Pages: 107-112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超親水性ポリマーブラシ表面の潤滑特性 (2008)
  • Author(s): 小林元康, 海道昌孝, 鈴木厚, 石原一彦, 高原淳
  • Journal Title: トライボロジスト 53(6) Pages: 9-14
  • NAID: 10021139267
• [Journal Article] UCST-Type Cononsolvency Behavior of Poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) in the Mixture of Water and Ethanol (2008)
  • Author(s): Y. Matsuda, M. Kobayashi, M. Annaka, K. Ishihara, A. Takahara
  • Journal Title: Polym. J. 40(5) Pages: 479-483
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Aggregation States of Surface-grafted Poly{2-(perfluorooctyl) ethyl acrylate} Thin Film Analyzed by Grazing Incidence X-ray Diffraction (2008)
  • Author(s): H. Yamaguchi, K. Honda, M. Kobayashi, M. Morita, H. Masunaga, O. Sakata, S. Sasaki, A. Takahara
  • Journal Title: Polym. J. 40(9) Pages: 854-860
  • NAID: 10021994248
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural Characterization of Surface-grafted Poly (Vinyl Alcohol) on Silicon Wafer (2007)
  • Author(s): Y. Terayama, M. Kobayashi, S. Sasaki, O. Sakata, A. Takahara
  • Journal Title: Trans. MRS-J 32 Pages: 259-262
  • NAID: 130007922795
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Friction Behavior of High-density Poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) Brush in Aqueous Media (2007)
  • Author(s): M. Kobayashi, Y. Terayama, N. Hosaka, M. Kaido, A. Suzuki, N. Yamada, N. Torikai, K. Ishihara, A. Takahara
  • Journal Title: Soft Matter 3 Pages: 740-746
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation and Surface Properties of Poly(vinyl alcohol) Brush (2007)
  • Author(s): Y. Terayama, M. Kobayashi, A. Takahara
  • Journal Title: Chem. Lett 36 Pages: 1280-1281
  • NAID: 10019962046
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ポリマーブラシ固定化表面の調製とそのトライボロジー特性 (2007)
  • Author(s): 小林元康,王哲,寺山友規,山口央基,高原淳
  • Journal Title: 九州大学中央分析センター報告 25 Pages: 40-46
  • NAID: 40015850689
• [Journal Article] Structural Characterization of Surface-grafted Poly(Vinyl Acohol) on Silicon Wafer (2007)
  • Author(s): Y., Terayama・M., Kobayashi・S., Sasaki・O., Sakata・A., Takahara
  • Journal Title: Trans. MRS-J 32 Pages: 259-262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Friction Behavior of High-density Poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) Brush in Aqueous Media (2007)
  • Author(s): M., Kobayashi・Y., Terayama・N., Hosaka・M., Kaido・A., Suzuki・N., Yamada・N., Torikai・K., 1shihara・A., Takahara
  • Journal Title: Soft Matter 3 Pages: 740-746
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation and Surface Properties of Poly(vinyl alcohol)Brush (2007)
  • Author(s): Y., Terayama・M., Kobayashi・A., Takahara
  • Journal Title: Chem. Lett. 36 Pages: 1280-1281
  • NAID: 10019962046
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Swollen Structure of High-density Po-lectrolyte Brushes in Salt Soluti on by Neutron Reflectivity (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • Organizer: IUMRS 2008
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] Tribologiccal Behavior of High-density Polymer Brushes Prepared by "G rafting-from" Method (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, M. Kaido, A. Suzuki, K. Ishihara, A. Takahara
  • Organizer: 2nd International Conference on Advanced Tribology 2008
  • Place of Presentation: Singapore, Furuma Hotel
  • Year and Date: 2008-12-04
• [Presentation] CHARACTERIZATION OF POLYELECTROLYTE BRUSHES IMMOBILI ZED ON Si-WAFER PREPARED BY CONTROLLED RADICAL POLYM ERIZATION (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Kikuchi, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • Organizer: ACS 236th National Meeting
  • Place of Presentation: Philaderphia, PA, USA
  • Year and Date: 2008-08-19
• [Presentation] 高分子電解質ゲルブラシからなるナノ薄膜表面のトライボロジー特性 (2008)
  • Author(s): 小林元康、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦、高原淳
  • Organizer: トライボロジー会議2008春東京
  • Place of Presentation: 東京、代々木
  • Year and Date: 2008-05-12
• [Presentation] 高分子電解質ゲルブラシからなるナノ薄膜表面のトライボロジー特性 (2008)
  • Author(s): 小林元康、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦、高原淳
  • Organizer: トライボロジー会議2008春東京
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター
• [Presentation] 高分子電解質ブラシのグラフト密度およびイオン強度が分子鎖形態に及ぼす影響 (2008)
  • Author(s): 小林元康、寺山友規、日野正裕、石原一彦、高原淳
  • Organizer: 第57回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
• [Presentation] 架橋型高分子電解質ブラシ超薄膜の耐摩耗特性 (2008)
  • Author(s): 小林元康、石原一彦、高原淳
  • Organizer: 繊維学会年次大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀
• [Presentation] Characterization of Polyelectrolyte Brushes Immobilized on Si-Wafer Prepared by COntrolled Radical Polymerization (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Kikuchi, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • Organizer: American Chemical Society 236th National Meeting
  • Place of Presentation: Philaderphia, PA, USA
• [Presentation] 高分子電解質ブラシの水界面における分子鎖凝集状態と摩擦特性 (2008)
  • Author(s): 小林元康、鳥飼直也、日野正裕、石原一彦、高原淳
  • Organizer: コロイド界面学会
  • Place of Presentation: 九州大学六本松キャンパス
• [Presentation] 架橋構造の異なる高分子電解質ゲル薄膜の摩擦特性解析 (2008)
  • Author(s): 小林元康、高原淳、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦
  • Organizer: 第57回高分子討論会
  • Place of Presentation: 大阪市立大学
• [Presentation] 湿潤条件下における高分子電解質ブラシ表面の摩擦摩耗特性 (2008)
  • Author(s): 小林元康、高原淳、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦
  • Organizer: レオロジー学会
  • Place of Presentation: 新潟・朱鷺メッセ
• [Presentation] Tribologiccal Behavior of High-density Polymer Brushes Prepared by "Grafting-from" Method (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, M. Kaido, A. Suzuki, K. Ishihara, A. Takahara
  • Organizer: 2nd International Conference on Advanced Tribology 2008
  • Place of Presentation: Singapore, Furuma Hotel
• [Presentation] Swollen Structure of High-density Polyelectrolyte Brushes in Salt Solution by Neutron Reflectivity (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • Organizer: IUMRS 2008
  • Place of Presentation: Nagoya International Conference Center
• [Presentation] 中性子反射率測定による水界面における高分子電解質ブラシの構造解析 (2007)
  • Author(s): 小林 元康, 穂坂 直, 寺山 友規, 松田 靖弘, 鳥飼 直也, 日野 正裕, 石原 一彦, 高原 淳
  • Organizer: Trans, MRS-J
  • Place of Presentation: 日本大学駿河台キャンパス
  • Year and Date: 2007-12-09
• [Presentation] Enhancement of wear resistance in hydrophilic cross-linked polyelectrolyte brshes under a wet condition. (2007)
  • Author(s): M., Kobayashi・Y., Matsuda・A., Suzuki・M., Kaido・K., Ishihara・A., Takahara
  • Organizer: The 10th Pacific Polymer Conference
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場
  • Year and Date: 2007-12-05
• [Presentation] 部分架橋構造を有する高分子電解質ブラシ薄膜の摩擦摩耗特性 (2007)
  • Author(s): 小林 元康, 松田靖弘, 鈴木厚, 海道昌孝, 石原一彦, 高原 淳
  • Organizer: レオロジー学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2007-11-01
• [Presentation] 基板および微粒子表面に表面開始重合で調製したポリビニルアルコールの分子鎖凝集構造 (2007)
  • Author(s): 寺山友規・小林元康・佐々木園・坂田修身・高原 淳
  • Organizer: 第56回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
  • Year and Date: 2007-05-31
• [Presentation] 高分子電解質ブラシのミクロおよびマクロ摩擦特性解析 (2007)
  • Author(s): 小林元康,王哲,石原一彦,高原淳
  • Organizer: 第15回複合材料界面シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学
• [Presentation] 高密度にグラフトした電解質ポリマーブラシ表面の摩擦特性 (2007)
  • Author(s): 小林元康,王哲、松田靖弘、石原一彦,海道昌孝,鈴木厚,高原淳
  • Organizer: トライボロジー会議2007春東京
  • Place of Presentation: 国立オリンピック記念青少年総合センター
• [Presentation] 高分子電解質ブラシの水中での摩擦特性に及ぼす塩濃度の影響 (2007)
  • Author(s): 小林元康・Wang Zhe・石原一彦・高原淳
  • Organizer: 第56回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 京都国際会議場
• [Presentation] 高密度グラフト化電解質ポリマーの水界面における構造と表面摩擦特性 (2007)
  • Author(s): 小林元康,王哲,松田靖弘、石原一彦,高原淳
  • Organizer: 第45回高分子材料自由討論会
  • Place of Presentation: 唐津シーサイドホテル
• [Presentation] 超親水性ポリマーゲル薄膜の固定化による水潤滑表面の構築 (2007)
  • Author(s): 小林元康,松田靖弘,王哲,鈴木厚,海道昌孝,石原一彦,高原淳Oral
  • Organizer: 第56回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
• [Presentation] 中性子反射率による表面グラフト化高分子電解質の固液界面構造評価 (2007)
  • Author(s): 小林元康,穂坂直,松田靖弘,鳥飼直也,日野正裕,石原一彦,高原淳
  • Organizer: 第56回高分子討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
• [Presentation] 生体模擬環境下における高分子電解質ブラシのトライボロジー特性 (2007)
  • Author(s): 小林元康,松田靖弘,鈴木厚,海道昌孝,石原一彦,高原淳
  • Organizer: トライボロジー会議2007秋佐賀
  • Place of Presentation: 佐賀大学
• [Presentation] 部分架橋構造を有する高分子電解質ブラシ薄膜の摩擦摩耗特性 (2007)
  • Author(s): 小林元康,松田靖弘,鈴木厚,海道昌孝,石原一彦,高原淳
  • Organizer: 第55回レオロジー学会
  • Place of Presentation: 金沢大学
• [Presentation] 表面グラフト化電解質ブラシの固液界面構造のイオン強度依存性 (2007)
  • Author(s): 小林元康、寺山友規、穂坂直、鳥飼直也、日野正裕、石原一彦、高原淳
  • Organizer: 日本中性子科学会第7回年会
  • Place of Presentation: 九州大学
• [Presentation] 中性子反射率測定による水界面における高分子電解質ブラシの構造解析 (2007)
  • Author(s): 小林元康,穂坂直,寺山友規,松田靖弘,鳥飼直也,日野正裕,石原一彦, 高原淳
  • Organizer: MRS-J
  • Place of Presentation: 日本大学駿河台キャンパス
• [Presentation] Enhancement of wear resistance in hydorophilic cross-linked polyelectrolyte brushes under a wet condition. (2002)
  • Author(s): M. Kobayashi, Y. Matsuda, A. Suzuki, M. Kaido, K. Ishihahra, A. Takahara, Oral
  • Organizer: The 10th Pacific Polymer Conference
  • Place of Presentation: International Conference Center Kobe
• [Book] Imperial College Press (2009)
  • Author(s): M. Kobayashi, Z. Wang, Y.Matsuda, M.Kaido, A.Suzuki, A. Takahara
  • Publisher: Tribological Behavior of Polymer Brush Prepared by the "Grafting-from" Method", in S. S. Kumar Ed. "Polymer Tribology
• [Book] Polymer Tribology (2009)
  • Author(s): M. Kobayashi, Z. Wang, Y. Matsuda, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • Publisher: Imperial College Press
• [Book] "Frictional Properties of Organosilane Monolayers and High-Density Polymer Brushes", Chapter 5 in G. Biresaw, K. L. Mittal Eds. "Surfactants in Tribology" (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, H. Ishida, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • Publisher: CRC Press
• [Book] Surfactants in Tribology (2008)
  • Author(s): M. Kobayashi, H. Ishida, M. Ka ido, A. Suzuki, A. Takahara
  • Publisher: CRC Press
• [Book] 自己組織化ナノマテリアル第4章9項高分子ナノ界面-ポリマーブラシを中心に (2007)
  • Author(s): 小林元康,高原淳
  • Publisher: フロンティア出版
• [Book] ぬれと(超)撥水、(超)親水技術、そのコントロール第4章第2節(6)医用材料の親水化処理 (2007)
  • Author(s): 小林元康、古賀智之、高原淳
  • Publisher: 技術情報協会
• [Book] 自己組織化ナノマテリアル(第9章 高分子ナノ界面) (2007)
  • Author(s): 小林元康, 高原淳
  • Publisher: フロンティア出版
• [Remarks]
  • URL: http://takahara.ifoc.kyushu-u.ac.jp