コンピュータ支援光照射法を用いた高分子混合系の定常非一様な相分離挙動に関する研究

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015018
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 宮田 貴章 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (50188827)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 則末 智久 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (40324719)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,300,000 (Direct Cost: ¥6,300,000); Fiscal Year 2010: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2009: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
• Keywords: 高分子構造・物性 / 共焦点顕微鏡 / 開放系 / 相分離 / 構造の選択 / 時間変調光 / 空間変調光 / 反応誘起ひずみ / Mach-Zehnder干渉計 / ガラス転移温度

Research Abstract

本研究では、光反応を用い、高分子を含むモノマー第二のモノマーの重合反応を起こすことにより、混合系を不安定化させ、高分子・高分子の相分離を誘発した。高分子系の挙動はその粘弾性で特徴づけられる。反応によって形成されるモルフォロジーが混合系内に形成されつつ高分子とそのネットワークの緩和過程に影響されるため、当研究室で開発した「コンピュータ支援光照射(CAI)法」で相分離を誘起し、モルフォロジーに及ぼす高分子ネットワークの緩和を時空間的に制御した。得られた主な結果は以下の通りである。
1)モルフォロジーの秩序に及ぼす断続の光照射の効果:
光架橋性ポリスチレンのメチルメタクリレートモノマー溶液を365nmの紫外光を連続的に照射すると相分離が誘発され、球状ドメインが生成され、ある程度相分離が進むとこれらの球状ドメインが六方充填構造(Hexagonal相)に変わることがわかった。ここで、光強度や照射時間を変えずに、照射の最中に一定の停止時間を導入すると、Hexagonal 相が乱れ、長い停止時間を導入すると、その乱れが増加し、最後に構造が完全にランダムになった。これらの結果は、反応相分離系は典型的な競合系の一つであることが明らかであり、また光照射の断続的に中止させると、この競合過程も断続的に中止するため、構造の乱れが発生することが結論できた。
2)モルフォロジーの秩序性に及ぼす空間変調光の照射の効果:
空間変調光で相分離を引き起こすために、CAI法でストライプ状の光ON-OFFパターンを作製して、顕微鏡上で試料に照射し、モルフォロジーの時間変化をin situ観測した。結果として、モルフォロジーはストライプの間隔に強く依存することがわかった。光を照射すると、光の弱い領域に連続相ができ、また光の強い領域ではサラミ構造が得られた。さらに、光の空間周期を狭めると、ある限界を超えたらサラミ構造が出現しなくなり、また光強度の弱い領域にはドロップレットを含めた連続相が得られたことがわかった。サラミが出現するためには、相分離する空間がサラミの平均直径の2倍が必要であることがわかった。

Research Products

• [Journal Article] Formation and Relaxation of the Elastic Strain Generated by Photo-curing in Polymer Blends Monitored by Mach-Zehnder Interferometry (2011)
  • Author(s): D.-T.Van-Pham, et al.
  • Journal Title: Polymer Volume: 52 Pages: 739-745
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and Morphology Control of Polymer Nanocomposites Using Light-Driven Phase Separation Phenomena (2010)
  • Author(s): D.-T.Van-Pham, et al.
  • Journal Title: Advances in Natural Sciences : Nanosci.Nanotech. Volume: 01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polymer Materials with Spatially Graded Morphologies : Preparation, Characterization and Utilization (2010)
  • Author(s): D.Fujiki, et al.
  • Journal Title: Advances in Natural Sciences Nanosci.Nanotech. Volume: 01
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Application of New Treatment Methods for "Reading" of the Complex Capacitance : a Quantitative Description of the Aging Phenomenon in Polymer Glasses (2010)
  • Author(s): R.R.Nigmatullin, et al.
  • Journal Title: Commun Nonlinear Sci Numer Simulat. Volume: 15 Pages: 1286-1307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effects of Light-Induced Regularity on the Physical Properties of Multi-phase Polymers (2009)
  • Author(s): K.Murata, Q, Tran-Cong-Miyata, et.al.
  • Journal Title: Macromol.Mater.Eng. 294 Pages: 163-168
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] "Dynamics of Microsphere Suspensions Probed by High-Frequency Dynamic Ultrasound Scattering (2009)
  • Author(s): M.Kohyama, T.Norisuye, Q.Tran-Cong-Miyata
  • Journal Title: Macromolecules 42 Pages: 752-759
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light Scattering Study on the Mode-Selection Process in Reversible Phase Separation of a Photoreactive Polymer Mixtures (2009)
  • Author(s): M.Fukuoka, Q, Tran-Cong-Miyata, et al.
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 113 Pages: 14950-14956
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Light-induced Phase Separation in Polymer Mixtures as a Pattern-Formation Process : Complexity and Fascination (2010)
  • Author(s): Q.Tran-Cong-Miyata
  • Organizer: Symposium on Nonlinear Dynamics and Self-Organization in Chemical Systems (Nonlinear Dynamics Days-NLDD 2010)
  • Place of Presentation: Bordeaux, FRANCE
• [Presentation] Co-continuous Morphologies of Polymer Blends : Generation, Design and Practical Applications (2009)
  • Author(s): Q.Tran-Cong-Miyata
  • Organizer: JSPS Asis and Africa Science Platform Program on Neo-Fiber Technology Seminar No.5(招待講演)
  • Place of Presentation: Ha-Noi, Viet-Nam
  • Year and Date: 2009-07-21
• [Book] "Nonlinear Dynamics with Polymeric Systems" (J.A.Pojman anQ.Tran-Cong-Miyata Eds,), Chapter 6 (pp.91-113) (2010)
  • Author(s): H.Nakanishi, et al.
  • Total Pages: 254
  • Publisher: Wiley-VCH社
• [Book] Molecular Nano Dynamics(H.Fukumura et al Eds., Morphosynthesis in Polymeric Systems Using Photochemical Reactions, Vol.1, Chapter 10) (2009)
  • Author(s): Q.Tran-Cong-Miyata, et al
  • Publisher: Wiley-VCH