2021 Fiscal Year Annual Research Report

Surface modification using polymer brushes to improve liquid sliding properties

Research Project

Project/Area Number	20H02805
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	穂積篤国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究グループ長 (40357950)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	浦田千尋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 (40612180) 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, 研究員 (40783874) 宮前孝行千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (80358134)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ポリマーブラシ / ゾル－ゲル法 / 重合開始基 / グラフト密度
Outline of Annual Research Achievements	本年度は、昨年度に開発したゾル－ゲル法による重合開始性官能基（重合開始基）密度を制御する技術により作製したプロトタイプとなる重合開始層を用い、３種類の市販のモノマー（プローブとなる元素、F、S、Cを含む）を用いて重合反応を実施した。特に、グラフト密度を体系的に変更し、ポリマーブラシを合成した。それぞれの試料表面の化学組成をエックス線光電子分光法（XPS）により分析した。その結果、重合開始基の密度が減少するに従い、ポリマーブラシ由来のプローブとなる元素濃度も減少していく様子が確認できた。このことから、本研究課題の実施内容の一つである、ポリマーブラシのグラフト密度を制御できることが明らかとなった。さらに、重合開始基濃度がある一定値を下回ると、いずれのモノマーにおいても、反重合応が進行しなくなることを確認し、ポリマーブラシ合成に必要な重合開始基の臨界濃度を決めることができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、重合開始基密度を精密に制御した重合開始層からプローブとなる元素を含む3種類のモノマーからポリマーブラシの合成を行い、そのグラフト密度を制御することに成功した。また、この制御技術は、モノマー中に含まれる元素の種類やモノマーの化学的性質（親水性や疎水性）の影響を受けることなく、再現性も良いことがわかってきた。さらに、この技術を活用することで、重合開始基濃度とモノマーの反応に関する新奇な現象（ブラシが生長するための重合開始基の臨界濃度の決定）の発見にも繋がった。以上より、本研究課題は概ね順調に進展していると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	令和４年度は、前年度までに得られた知見を踏まえ、液体の滑落性を向上させるポリマーブラシの合成に挑戦する。具体的には、酸素などを含む極性基がなく、重合後に室温で駆動しやすいと予想されるモノマーにターゲットを絞り、グラフト密度／分子鎖運動性の異なるポリマーブラシを合成し、得られた表面の静的/動的なぬれ性について詳細に調査し、液体の滑落性を最大限に発揮できるポリマーブラシ表面を実現する。また、様々な実用基板上で本技術を展開することで、液体の滑落性に優れたポリマーブラシを合成し、新技術の実用性に道筋をつける。