2021 Fiscal Year Annual Research Report
両親媒性高分子の集合構造制御によるナノ構造材料の創出
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20H02787
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
寺島 崇矢 京都大学, 工学研究科, 准教授 (70452274)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 自己組織化 / ランダム共重合体 / ミクロ相分離 / ラメラ構造 / ミセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、一次構造が制御された両親媒性ランダム共重合体やホモポリマーを用い、ポリマー側鎖の自己組織化を鍵として、固体状でのミクロ相分離や溶液中での会合構造の制御を目指す。R3年度は、親水性側鎖と疎水性側鎖をもつ両親媒性ランダム共重合体と両親媒性ホモポリマーを設計し、その固体状で熱物性やミクロ相分離挙動を評価した。親水性側鎖として、新たにヒドロキシエチル基や4級アンモニウム塩などを導入した。ヒドロキシエチル基をもつランダム共重合体は、PEG鎖をもつ共重合体と同様に、疎水性オクタデシル基の結晶化を駆動力として微細ラメラ構造を形成し、ドメイン間隔は3-4 nm程度とPEG鎖よりも小さくなることを見出した。これらのランダム共重合体をシリコン基板上にスピンコートし、中性子反射率測定を行ったところ、微細ラメラ構造が多重に積層化した薄膜を形成することが明らかとなった。一方、疎水性基に対してより大きな偏斥力をもつ4級アンモニウム塩を導入したランダム共重合体は、非晶性アルキル基を組み合わせた場合も側鎖型の相分離が起こり、5 nm程度のラメラ構造を形成した。この場合、結晶性部位を含まないため透明な材料が得られ、側鎖構造によりガラス転移温度を調整することで、材料特性をチューニングできる。現在、両親媒性ホモポリマーの相分離挙動についても検討中である。また、親水性PEG直鎖と両親媒性ランダム共重合体を結合したランダムブロック共重合体を新たに設計し、水中でのミセル化を検討した。ランダム共重合体を会合ユニットとして利用することで、ブロック共重合体ミセルのサイズや会合数を精密に制御でき、動的な鎖交換挙動や温度応答性を会合数により制御できることを明らかにした。さらに、ランダム共重合体ミセルの高濃度水溶液を加熱すると、溶液全体がゲル化し、温度応答性ゲルとして振る舞うことも見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
R3年では、研究過程で、カチオン性/非晶性ランダム共重合体が微細なラメラ構造をもつ透明性材料を与えること（従来の結晶性駆動型の相分離とは異なる）や、ランダム共重合体ミセルが温度応答性ゲルとなることを見出し、これらはいずれも当初の予定とは異なり、予想を超えた発見に至った。このように本研究は当初の計画以上に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、当初の計画以上に進展しており、3年目も計画の通り推進する予定である。
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