2017 Fiscal Year Annual Research Report

Fabrication of Polymeric Nanocellular Structure by Photochemical Foaming Technique

Research Project

Project/Area Number	17H03453
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	大嶋正裕京都大学, 工学研究科, 教授 (60185254)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉元健治京都大学, 日本－エジプト連携教育研究ユニット, 特定准教授 (00645278) 引間悠太京都大学, 工学研究科, 助教 (50721362)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	発泡 / ナノセルラー / 光 / 共重合体 / 高分子 / 成形加工
Outline of Annual Research Achievements	平成２９年度の主な目標は、紫外線（UV）照射及び熱に反応して気体を発生させる官能基を有する共重合体を選定し、光化学反応発泡法の原理検証を行うことであった。まず、原理検証を行うために、小島らの先行研究（成形加工, 19, 228-232）を参考にして、t-ブチル基を官能基に持つランダム共重合体を購入した。このランダム共重合体に光酸発生剤（PAG）を混練し，UVを照射してPAGから酸を発生させた後、混合物を加熱した。ここで重要となる２つの温度、樹脂のガラス相転移温度（Tg）とt-ブチル基の解離温度は、本研究費で購入した熱分析装置（DSC）と、既存の熱重量測定装置（TGA）及び赤外分光装置（FTIR）を用いて測定した。樹脂の加熱温度をTgよりやや高めに設定することで、酸によってt-ブチル基が連続的に解離され、樹脂中にイソブテンガスが発生し、気泡が形成されることが確認された。次に、原理検証の結果を元に、新たなジブロック共重合体の合成を行った。具体的には、１つのブロックに樹脂成分、もう１つのブロックにt-ブチル基を官能基を含んだジブロック共重合体の合成を試みた。重合体の分子量と分子量分布を精密に制御するため、有機テルルを用いたリビングラジカル重合を行った。その結果、分子量はまだ比較的小さいが、所望のブロック共重合体の合成には成功した。平成３０年度は、この合成実験を引き続き行い、合成したブロック共重合体と、光化学反応を融合した新規発泡プロセスを構築し、ナノセルラー構造体の創製に取り組む予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason （１）光化学反応発泡の原理検証当初計画した通り、小島らの先行研究（成形加工, 19, 228-232）を参考にして、光化学反応発泡の原理検証を行った。まず、t-ブチル基を官能基に持つランダム共重合体に光酸発生剤（PAG）を混練し，紫外線（UV）を照射してPAGから酸を発生させた。ランダム共重合体とPAGは市販されているものを購入した。次に、混合物を樹脂のガラス相転移温度（Tg）以上で加熱した。その結果、酸が樹脂中を拡散するようになり、t-ブチル基が連続的に解離され、イソブテンガスが発生し、微細な気泡が形成されることが確認された。従って、「UV照射で樹脂中に酸を発生させ、加熱によって酸分解反応を促進させて、樹脂中に低沸点性物質の気泡を形成させる」という光化学反応発泡の原理は検証できた。また、気泡の微細化を検討する上で重要となる樹脂のTg及びt-ブチル基の解離温度についても、本研究費で新たに購入した熱分析装置（DSC）と、既存の熱重量測定装置（TGA）及び赤外分光装置（FTIR）で比較的容易に測定できることを確認した。（２）光化学反応発泡に適した共重合体の合成こちらも当初の計画通りに、原理検証の結果に基づき、新たなジブロック共重合体の合成を行った。具体的には、１つのブロックに樹脂成分、もう１つのブロックにt-ブチル基を官能基を含んだジブロック共重合体の合成を試みた。京都大学化学研究所の山子研究室の協力を得て、有機テルルを用いたリビングラジカル重合を行った。その結果、所望のブロック共重合体の合成には成功した。ただし、光化学反応発泡にはまだ分子量が足りていないため、次年度も合成実験は続ける予定である。
Strategy for Future Research Activity	平成３０年度は、当初の研究計画通りに「光化学反応発泡法に適した共重合体の合成と最適構造設計」に取り組む予定である。年度の前半は、平成２９年度の予備実験に引き続き、１つのブロックに樹脂成分、もう１つのブロックにt-ブチル基を官能基を含んだジブロック共重合体の合成を行う。京都大学化学研究所の山子研究室にて、有機テルルを用いたリビングラジカル重合法を習熟し、分子量と分子量分布を精密にコントロールできるようにする。より大きな分子量が必要な場合、エマルジョン重合についても検討する。年度の後半には、合成したブロック共重合体を用いて光化学反応発泡を行う。ここでは、ジブロック共重合体のミクロ相分離現象と、平成２９年度に原理検証した光化学反応発泡プロセスを融合させて、ナノセルラー構造体の創製を目指す。ジブロック共重合体のミクロ相分離構造の解析には、小角X線散乱装置（SAXS、京都大学化学研究所）や原子間力顕微鏡（AFM、京都大学ナノテクノロジーハブ拠点）を主に用いる予定である。