加熱延伸で誘起される逐次液晶相転移を活用したポリイミド膜の配向制御法確立

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K05195
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 石毛 亮平 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (20625264)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 全芳香族ポリイミド / 加熱延伸 / 液晶 / 逐次相転移 / 放射光X線散乱

Outline of Annual Research Achievements

前駆体のポリアミド酸（PAA）を定荷重・加熱延伸することで作製された，含フッ素全芳香族ポリイミドPMDA-TFDBの高配向フィルム試料について，偏光全反射フーリエ変換赤外分光（pATR-FTIR）測定に基づきイミド化率および分子鎖の配向秩序度Sを評価し，広角X線回折（WAXD）像のhk0反射の強度分布解析から得られるS値と比較した．前者ではS＝0.80±0.05であったのに対し，後者ではS > 0.9であった．前年度までのWAXDおよび小角X線散乱（SAXS）測定に基づく検討から，当該PAAの加熱延伸過程においては，液晶様の中間相（ネマチック相，スメクチック相）を経て配向結晶が生じること，また，ジグザグラメラ状構造を示唆する長周期構造が観測されたことから，秩序性の高い結晶領域と位置・配向いづれの秩序性も比較的低い中間相領域が積層した構造が固定化されたと考えられる．
一方， PMDA-TFDBと類似の構造を有しビフタル酸無水物から合成されるsBPDA-TFDBは同様の加熱延伸過程において明確な中間相を示さず，また得られたフィルムの配向度は低い値にとどまった．これらの結果から，中間相の発現が高配向試料の作製の鍵であることが強く示唆される．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた延伸装置等の開発が遅れたが，類似化学構造を有する試料を比較に用いた配向機構の検証実験を進めて延伸フィルム試料の高次構造解析が進展しており，概ね計画どおりに進行した．

Strategy for Future Research Activity

中間相の発現に必要な要件を解明する実験を推し進める．具体的には，sBPDA-TFDBの前駆体PAAにおいては屈曲した異性体の分率が75%とPMDA-TFDBの50%に比べて高く，これが中間相の発現を阻害し，また屈曲形態がイミド化過程で固定化されることにより，焼成後の試料の配向度が低くなっていると考えられる．そこで，屈曲形態の原因となるビフェニル部のねじれ（二面角）に敏感な遠赤外分光法により，主鎖形態評価を実施する．さらにPDMA-TFDBについては配向後の再配列（層秩序形成）において主鎖の滑り運動が生じていると考えられることから，これを検証する実験を実施する．具体的には配向試料に高圧を印加し，その変形挙動（分子間距離，分子鎖の相互配列）を高圧WAXD測定により評価する．

Causes of Carryover

当初予定していた延伸装置等の開発が遅れたため．
23年度は延伸装置の設計を見直し，22年度の差額を，その開発費用に充てる．