2021 Fiscal Year Research-status Report
異種固体界面における分子鎖ダイナミクス制御に基づく高分子材料の新設計
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20K05608
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
織田 ゆか里 静岡大学, 工学部, 准教授 (20625595)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高分子 / 吸着 / 界面 / 孤立鎖 / 形態 / 硬化反応 / 原子間力顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
異種固体界面における高分子鎖の凝集状態と熱運動性については、未だ不明な点が多く、その統一的な理解に至っていない。本研究課題の目的は、原子間力顕微鏡（AFM）を用いた異種固体界面における分子鎖の直接観察に基づき、界面分子鎖ダイナミクスの解明と、その制御因子を検討することである。さらに、得られた知見を総括することで、固体界面近傍における特性制御に向けた界面層の設計指針の提案、ひいては新たな材料創製を目指す。令和2年度は、基板上に吸着した代表的な熱可塑性高分子の一つであるポリメタクリル酸メチル（PMMA）の一分子鎖を直接観察したところ、温度上昇に伴い、分子鎖と基板との吸着点を増やすように鎖コンフォメーションが変化することを明らかとした。そこで令和3年度は、接着剤としても用いられる熱硬化性高分子の一つであるエポキシ/アミン硬化物に着目し、直接観察に基づく凝集状態と熱運動性の解明に取り組んだ。エポキシ/アミン硬化物は複雑な三次元ネットワーク構造を形成するため、分子レベルでの構造については系統的な理解に至っていない。そこで、モデル化合物として、エポキシ/アミン初期硬化物を調製した。得られた初期硬化物の希薄溶液をマイカ基板上にキャストし、吸着した初期硬化物の構造をAFM観察に基づき評価した。その結果、分岐構造を含む初期硬化物に相当すると考えられる凝集構造を再現性良く観察することに成功した。これより、エポキシ/アミン初期硬化物の構造を分子レベルで議論可能となることが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は、以下のことを3年間で行うことを計画していた。
１）無機固体界面における分子鎖のコンフォメーションと緩和挙動の解明
２）高分子の一次構造が界面分子鎖のダイナミクスに及ぼす影響の解明
３）分子鎖ダイナミクスの制御された界面（吸着）層の構築と高分子材料の新設計
前年度の成果を受け、今年度は、研究対象として、接着剤としても用いられる熱硬化性高分子の一つであるエポキシ/アミン硬化物に着目した。複雑な三次元ネットワーク構造を有する試料を選択したため、まず、その構造を直接AFM観察すること自体がチャレンジングな課題であった。エポキシ/アミン初期硬化物の直接観察までは達成できたものの、その先の詳細なコンフォメーションの解明や、界面吸着分子のダイナミクスに関する議論までは到達することができなかった。また、年度途中で所属先が変更となり、新たに研究環境を整えることになったため、一時研究を中断したことも進捗がやや遅れたことの理由である。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述した通り、現在、分岐構造を含むエポキシ/アミン初期硬化物の凝集構造をAFMで観察することができた。今後はまず、得られた表面形状から分子形態を議論し、硬化反応条件との相関を検討することで、エポキシ/アミン硬化過程におけるネットワーク形成機構に関する理解を深める。
さらに、初年度に実施した内容を発展させ、高分子の一次構造が無機固体界面における分子鎖ダイナミクス、ひいては界面接着性に及ぼす影響を検討する。得られた知見を統括し、分子鎖ダイナミクスの制御された界面（吸着）層の構築へと展開する。
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| Causes of Carryover |
年度途中で所属先が変更となり、新たに研究環境を整えることになった。一時期的に研究活動を中断し研究環境整備に専念したため、予定していた研究費を全て使用せず、次年度へ繰り越しを行った。一方、異動に伴い研究推進に必要な物品は当初の予定よりも増えたため、翌年度分として請求した研究費は、特に物品費として使用したいと考えている。
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