ポリマーブラシを利用した親水性と撥水性が共存するパラドキシカル表面の構築

Research Project

Project/Area Number	22K14729
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 35010:Polymer chemistry-related
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	佐藤知哉国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (40783874)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000) Fiscal Year 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	ポリマーブラシ / 表面開始原子移動ラジカル重合法（SI-ATRP） / 共重合 / ぬれ性 / 親水性 / 疎水性 / 撥水性 / 精密重合
Outline of Research at the Start	本研究では，基材表面からの精密重合により合成されるポリマーブラシを利用し，各種機能を発揮する官能基の分布の制御とその機能との相関を明らかにすることで，パラドキシカル（例えば，撥水性（水滴をはじく，水との親和性が低い）でありながら吸湿性（水蒸気を吸収する，水との親和性を持つような，一見すると相反する性質を併せ持つ）表面を構成する化学的要素の解明を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、本研究課題の主目的であるポリマーブラシを利用したパラドキシカル表面の作製に向けた合成技術の開発とそれを利用したポリマーブラシ／コポリマーブラシの量産に取り組んだ。ゾル－ゲル法によりシリコン基板上に作製した重合開始層を起点とし、空気中でポリマーブラシの合成が可能な改良型原子移動ラジカル重合法（Paint-on法）を用いて各種親水性モノマー（メタクリル酸3-スルホプロピルカリウム、SPMK）、疎水性モノマー（アクリル酸 1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシル、HDFDA）の重合を検討した。また、合成した親水性／疎水性ポリマーブラシを起点としたPaint-on法によるコポリマーブラシの合成も試みた。今回用いる重合開始層は、疎水性であり水の接触角ヒステリシスも小さいことから、一定時間経過しポリマーブラシが合成され表面が親水化されないと水系の重合溶液は濡れ広がることができない。疎水性ポリマーブラシから親水性モノマーを重合する場合にも同様である。このため、予備検討として従来型の水系Paint-on法の重合溶液を用いてポリマーブラシ／コポリマーブラシの簡易合成を試みたところ、均質な表面を得ることはできなかった。この解決のために、従来型の水系Paint-on法重合溶液に低表面張力のエタノールを添加し重合を行ったところ、重合溶液は重合開始層や疎水性ポリマーブラシのいずれにもよく濡れ広がり、より均質なポリマーブラシ／コポリマーブラシが合成できた。本手法で合成したpolySPMKブラシの水接触角（WCA)は10°以下、polyHDFDAブラシのWCAは110°、poly(HDFDA-SPMK)コポリマーブラシのWCAは40~60°程度であった。以上の結果から、Paint-on法重合溶液の改良とそれを利用したポリマーブラシ／コポリマーブラシの合成に成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究課題を遂行する上で重要なポリマー合成法プロトタイプを確立し、複数のモノマーに適用することで親水性官能基と疎水性官能基が共存する表面の作製に成功した。この合成法を最適化することで、各モデル表面の作り分けが可能となる。以上より、おおむね順調に進展していると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	ポリマーブラシ合成法をさらに改良するため、各種添加剤や溶媒、温度などの反応条件による影響を確認する。各種親水性・疎水性モノマーを用いて合成したポリマーブラシの分析を進めパラドキシカル表面の作製に向けた知見を蓄積する。