表面力測定による高分子電解質ブラシの構造と相互作用の解明

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450378
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 栗原 和枝 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (50252250)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮原 隆 東北大学, 多元物質科学研究所, 助手 (20292302)
• Keywords: 表面力測定 / 高分子電解質ブラシ / 対イオン凝集 / ポリブルタミン酸 / ポリリジン / ラングミュアーポロジェット膜 / pH依存性 / 荷電調整

Research Abstract

高分子電解質は、基礎科学的にも、また工学、生物学との関連からも重要な物質である。本研究は、高分子電解質を基板上に二次元的にブラシ状に並べ、相互作用の距離依存性を直接測定する表面力測定を中心手段として、その構造と相互作用の特色を明らかにすることを目的とした。
(1)高分子電解質ブラシの表面力測定
従来から研究を続けているポリグルタミン酸に加え、ポリリジン、非ペプチドであるポリメタクリル酸を親水基とし、安定な水面単分子膜を与える界面活性剤を合成した。重合度及びその分散は液体クロマトグラフで測定し、必要に応じ単一成分部分を分取した。ラングミュアブロジェット(LB)法により調製した高分子電解質ブラシの表面力測定を行った。表面力曲線は表面から深さ方向への相互作用を反映しており、遠距離側成分の電気二重層斥力からブラシ層の表面電位(即ち電荷密度)が、近距離側の立体斥力成分からは高分子電解質鎖の有効長や、圧縮弾性率が得られる。水溶液相のpH、塩濃度を変え、これらの測定から構造決定ならびに変形にかかわる因子を抽出した。
(2)相互作用のブラシ密度依存性、重合度分布依存性
イオン化したポリグルタミン酸において、密度を下げていくとある域値で突然、立体斥力成分(即ち圧縮弾性率)が大きくなる相互作用の転移を見出し、対イオンの高分子鎖への結合状態(即ち活量)の転移と考えている。この相互作用の転移の一般性を確認し、対イオンの影響を調べるために、高分子電解質をポリリジンとし相互作用を調べた。応力曲線を対イオンの浸透圧でフィッティングするモデル式を提出した。
また、現実系との対比から重要である重合度分布のある試料についても測定し、重合度分布と相互作用について検討した。

Research Products

• [Publications] Y.Nakai, K.Kurihara: "Photoinduced Long-Range Attraction between Spiropiran Monolayers Studied by Surface Forces Measurement"Studies in Surface Science and Catalysis. 132. 869-872 (2001)
• [Publications] K.Kurihara, M.Mizukami: "Hydrogen-Bonded Surface Macroclusters of Carboxylic Acid on Silica in Cyclohexane"Proc. Japan Acad.. 77B. 115-120 (2001)
• [Publications] K.Kurihara, M.Mizukami: "Alcohol Cluster Formation on Silica Surfaces in Cyclohexane"Progr. Colloid Polym. Sci. 117. 13-17 (2001)
• [Publications] S.Hayashi, T.Abe, N.Higashi, M.Niwa, and K.Kurihara: "Transition Behavior of Polyelectrolyte Brushes Depending on Polymer Chain Density"Mol. Cryst. and Liq. Cryst.. 371. 349-354 (2001)
• [Publications] S.Hayashi, T.Abe, N.Higashi, M.Niwa, and K.Kurihara: "Polyelectroyte Brush Layers studied by surface Forces Measurement : Dependence on pH and Salf Concentration, and Scaling"Langmuir.. (in press).
• [Publications] K.Kurihara: "Nano-Surface Chemistry"Marcel Dekker. 678(1-16) (2001)
• [Publications] K.Kurihara, Y.Murase: "Handbook of Polyelectrolytes and Their Applications"American Scientific Publishers(in press).