2023 Fiscal Year Research-status Report
電子メディエーターを用いたフッ素ポリマーの新規表面改質法の開発
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22K04728
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
石松 亮一 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (90512781)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ラジカルアニオン / 還元電位 / フッ素ポリマー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）の表面に存在するフッ素は、電気化学的に、約－2 V vs SCE程度で還元脱離することが知られている。したがって、これより負に大きな還元電位を持つ有機化合物のラジカルアニオンを電極反応で生成し、これを電子メディエーターとして用いることによって、表面処理が可能である。PTFEの表面処理で一般的に用いられる金属ナトリウムを含む処理剤は負に還元電位が大きく（したがって非常に反応性が高く）、PTFEの表面処理は数秒で完了するが、処理時間の増加とともに表面粗さの増加や、処理層の剥離が起こる。そこで、よりマイルドな条件で行うことによって、表面処理をより精密に制御できると考えた。昨年度までに、－2.5 V vs Fc/Fc+程度（以下、電位はFc基準）の還元電位を持つピレンからピレンのラジカルアニオンをバルク電解で発生させ、これを電子メディエーターとして用いることによってPTFEの表面処理を行った。
本年度は、処理速度の還元電位依存性をあきらかにするために、比較的安定なラジカルアニオンを与える、ビフェニル(-3.05 V)、p-ターフェニル(-2.8 V)、ナフタレン(-3.0 V)、アントラセン(-2.4 V)を用いて、PTFEの処理を行った。処理の程度は、水との接触角を測定することによって見積もった。結果として、すべての場合において、水との接触角は、処理によって110°→55°程度に減少した。負に大きな還元電位を持つビフェニル（10 mM）では、2分程度で、アントラセン（10 mM）では10分程度で水との接触角が55°程度となり、処理速度の還元電位依存性が確認された。SEMやXPSを用いた表面観察等も行い、金属スパッタや金属ナノ粒子との接合性についても検討を始めている段階である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでに還元電位依存性について明らかにし、２年目から予定していたように、表面観察を行うことによって、処理によってどのような組成変化が起こるかや、金属材料との接合性について検討を行っている段階であり、研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
様々な条件で得られた表面改質フッ素ポリマーに種々のポリマーを接合し、その接着強度を測定する。この際、PTFE以外のフッ素ポリマーについても検討を行う予定である。また、無電解メッキを行い、その接着強度を明らかにする。また、処理したフッ素ポリマーのナノ粒子を、種々のポリマーに分散させた後、誘電率や誘電正接などの測定を行う。また、表面処理によるフッ素の脱離によって、C=C結合の形成が示唆されている。二重結合の形成は導電性、帯電性に大きな影響を与えるので、これらについても測定を行う（帯電しやすいフッ素ポリマーはスパークなどの問題を引き起こす）。一般的な金属ナトリウムを使った化学処理法の特性とも比較を行う。
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| Causes of Carryover |
購入予定よりやや安価な電気化学アナライザーの入手が可能であったことなどにより繰越金が生じた。2023年4月に現任校に着任したが、研究をさらに展開できる可能性があるので、現任校の産学連携センターが保有している表面解析に必要な分析装置の使用料金や、その他必要な消耗品の購入に充てる予定である。
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