傾斜ネットワークブラシによる水潤滑トライボ表面の創成と深さ構造解析

• 研究課題/領域番号: 19750098
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 高分子化学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 小林 元康 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (50323176)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 300千円); 2008年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2007年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
• キーワード: 高分子化学 / 表面科学 / トライボロジー / ポリマーブラシ / 架橋 / 表面開始重合 / 原子移動ラジカル重合 / 薄膜 / ゲル

研究概要

シリコン基板表面に厚さ数十〜数百nmの超親水性ポリマーブラシ薄膜を表面開始重合法により調製した。ポリマー側鎖に結合しているホスホリルコリン基とアミノ基が大気中の水分を吸着させるためブラシ薄膜表面では水潤滑が生じやすく、低い動摩擦係数を示した。さらに、アミノ基をハロゲン化アルキルと反応させることでポリマーブラシ内部を部分的に、または位置選択的に架橋させることで傾斜ネットワークポリマーブラシという新たな薄膜を調製した。架橋構造を導入することで耐摩耗性が5倍以上向上することが明らかとなった。また、このポリマーブラシ薄膜の構造を中性子反射率測定により解析したところ、ブラシ鎖は水中において伸びきり鎖長に匹敵するほど伸長しており、溶媒組成や塩濃度により膨潤膜厚が変化することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Surface and Interface Structure and Tribological Properties of Hydrophilic Polymer Brushes (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, T. Yamaguchi, Y. Terayama, Zhe Wang, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • 雑誌名: Nihon Reoroji Gakkaishi 36(2) ページ: 107-112
  • NAID: 10025542193
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超親水性ポリマーブラシ表面の潤滑特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,海道昌孝,鈴木厚,石原一彦,高原淳
  • 雑誌名: トライボロジスト 53(6) ページ: 9-14
  • NAID: 10021139267
• [雑誌論文] Dimensions of Free Linear Polymer and Polymer Immobilized on Silica Nano Particles of a Zwitter Ionic Polymer in Aqueous Solutions with Various Ionic Strengths (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuda, M. Kobayashi, M. Annaka, K. Ishihara, A. Takahara
  • 雑誌名: Langmuir 24(16) ページ: 8772-8778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Aggregation States of Surface-grafted Poly{2-(perfluorooctyl)ethyl acrylate} Thin Film Analyzed by Grazing Incidence X-ray Diffraction (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, K. Honda, M. Kobayashi, M. Morita, H. Masunaga, O. Sakata, S. Sasaki, A. Takahara
  • 雑誌名: Polym. J 40(9) ページ: 854-860
  • NAID: 10021994248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of the Interface Structure of Hydrophilic and Hydrophobic Polymer Brushes by Neutron Beam and Synchrotron Radiation (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, Y. Terayama, K. Honda, M. Kobayashi, O. Sakata, M. Takata, S. Sasaki, N. Torikai, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • 雑誌名: Trans. MRS-J 33(3) ページ: 573-577
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precise design of surface nanotexture and surface chemistry of fluoropolymers (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Honda, H. Yamaguchi, T. Kimura, Y. Terayama, M. Kobayashi, M. Morita, H. Masunaga, S. Sasaki, O. Sakata, N. Torikai, K. Ishihara, A. Takahara
  • 雑誌名: Composit Interface (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and Surface Properties of High-density Polyelectrolyte Brushes at the Interface of Aqueous Solution (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Yamaguchi, Y. Terayama, Z. Wang, K. Ishihara, M. Hino, A. Takahara
  • 雑誌名: Macromol. Symp (accepted)
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the Dimension of a Hyperbranched Polymer Synthesized from a Styrene Derivative (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuda, M. Kobayashi, A. T akahara, A. Tanaka, H. Hayashi, M. Annaka, and T. Sato
  • 雑誌名: Polym. J. 40(4) ページ: 375-378
  • NAID: 10021117300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface and Interface Structure and Tribological Properties of Hydrophil is Polymer Brushes (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, T. Yamaguchi, Y. Terayama, Zhe Wang, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • 雑誌名: Nihon Reoroji Gakkaishi, 2008 36(2) ページ: 107-112
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超親水性ポリマーブラシ表面の潤滑特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康, 海道昌孝, 鈴木厚, 石原一彦, 高原淳
  • 雑誌名: トライボロジスト 53(6) ページ: 9-14
  • NAID: 10021139267
• [雑誌論文] UCST-Type Cononsolvency Behavior of Poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) in the Mixture of Water and Ethanol (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuda, M. Kobayashi, M. Annaka, K. Ishihara, A. Takahara
  • 雑誌名: Polym. J. 40(5) ページ: 479-483
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular Aggregation States of Surface-grafted Poly{2-(perfluorooctyl) ethyl acrylate} Thin Film Analyzed by Grazing Incidence X-ray Diffraction (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Yamaguchi, K. Honda, M. Kobayashi, M. Morita, H. Masunaga, O. Sakata, S. Sasaki, A. Takahara
  • 雑誌名: Polym. J. 40(9) ページ: 854-860
  • NAID: 10021994248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Characterization of Surface-grafted Poly (Vinyl Alcohol) on Silicon Wafer (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Terayama, M. Kobayashi, S. Sasaki, O. Sakata, A. Takahara
  • 雑誌名: Trans. MRS-J 32 ページ: 259-262
  • NAID: 130007922795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Friction Behavior of High-density Poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) Brush in Aqueous Media (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Terayama, N. Hosaka, M. Kaido, A. Suzuki, N. Yamada, N. Torikai, K. Ishihara, A. Takahara
  • 雑誌名: Soft Matter 3 ページ: 740-746
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Surface Properties of Poly(vinyl alcohol) Brush (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Terayama, M. Kobayashi, A. Takahara
  • 雑誌名: Chem. Lett 36 ページ: 1280-1281
  • NAID: 10019962046
  • 査読あり
• [雑誌論文] ポリマーブラシ固定化表面の調製とそのトライボロジー特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,王哲,寺山友規,山口央基,高原淳
  • 雑誌名: 九州大学中央分析センター報告 25 ページ: 40-46
  • NAID: 40015850689
• [雑誌論文] Structural Characterization of Surface-grafted Poly(Vinyl Acohol) on Silicon Wafer (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Terayama・M., Kobayashi・S., Sasaki・O., Sakata・A., Takahara
  • 雑誌名: Trans. MRS-J 32 ページ: 259-262
  • 査読あり
• [雑誌論文] Friction Behavior of High-density Poly(2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine) Brush in Aqueous Media (2007)
  • 著者名/発表者名: M., Kobayashi・Y., Terayama・N., Hosaka・M., Kaido・A., Suzuki・N., Yamada・N., Torikai・K., 1shihara・A., Takahara
  • 雑誌名: Soft Matter 3 ページ: 740-746
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and Surface Properties of Poly(vinyl alcohol)Brush (2007)
  • 著者名/発表者名: Y., Terayama・M., Kobayashi・A., Takahara
  • 雑誌名: Chem. Lett. 36 ページ: 1280-1281
  • NAID: 10019962046
  • 査読あり
• [学会発表] Swollen Structure of High-density Po-lectrolyte Brushes in Salt Soluti on by Neutron Reflectivity (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • 学会等名: IUMRS 2008
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2008-12-12
• [学会発表] Tribologiccal Behavior of High-density Polymer Brushes Prepared by "G rafting-from" Method (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, M. Kaido, A. Suzuki, K. Ishihara, A. Takahara
  • 学会等名: 2nd International Conference on Advanced Tribology 2008
  • 発表場所: Singapore, Furuma Hotel
  • 年月日: 2008-12-04
• [学会発表] CHARACTERIZATION OF POLYELECTROLYTE BRUSHES IMMOBILI ZED ON Si-WAFER PREPARED BY CONTROLLED RADICAL POLYM ERIZATION (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Kikuchi, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • 学会等名: ACS 236th National Meeting
  • 発表場所: Philaderphia, PA, USA
  • 年月日: 2008-08-19
• [学会発表] 高分子電解質ゲルブラシからなるナノ薄膜表面のトライボロジー特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦、高原淳
  • 学会等名: トライボロジー会議2008春東京
  • 発表場所: 東京、代々木
  • 年月日: 2008-05-12
• [学会発表] 高分子電解質ゲルブラシからなるナノ薄膜表面のトライボロジー特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦、高原淳
  • 学会等名: トライボロジー会議2008春東京
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター
• [学会発表] 高分子電解質ブラシのグラフト密度およびイオン強度が分子鎖形態に及ぼす影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、寺山友規、日野正裕、石原一彦、高原淳
  • 学会等名: 第57回高分子学会年次大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] 架橋型高分子電解質ブラシ超薄膜の耐摩耗特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、石原一彦、高原淳
  • 学会等名: 繊維学会年次大会
  • 発表場所: タワーホール船堀
• [学会発表] Characterization of Polyelectrolyte Brushes Immobilized on Si-Wafer Prepared by COntrolled Radical Polymerization (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Kikuchi, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • 学会等名: American Chemical Society 236th National Meeting
  • 発表場所: Philaderphia, PA, USA
• [学会発表] 高分子電解質ブラシの水界面における分子鎖凝集状態と摩擦特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、鳥飼直也、日野正裕、石原一彦、高原淳
  • 学会等名: コロイド界面学会
  • 発表場所: 九州大学六本松キャンパス
• [学会発表] 架橋構造の異なる高分子電解質ゲル薄膜の摩擦特性解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、高原淳、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦
  • 学会等名: 第57回高分子討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学
• [学会発表] 湿潤条件下における高分子電解質ブラシ表面の摩擦摩耗特性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、高原淳、海道昌孝、鈴木厚、石原一彦
  • 学会等名: レオロジー学会
  • 発表場所: 新潟・朱鷺メッセ
• [学会発表] Tribologiccal Behavior of High-density Polymer Brushes Prepared by "Grafting-from" Method (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, M. Kaido, A. Suzuki, K. Ishihara, A. Takahara
  • 学会等名: 2nd International Conference on Advanced Tribology 2008
  • 発表場所: Singapore, Furuma Hotel
• [学会発表] Swollen Structure of High-density Polyelectrolyte Brushes in Salt Solution by Neutron Reflectivity (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Terayama, M. Hino, K. Ishihara, A. Takahara
  • 学会等名: IUMRS 2008
  • 発表場所: Nagoya International Conference Center
• [学会発表] 中性子反射率測定による水界面における高分子電解質ブラシの構造解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林 元康, 穂坂 直, 寺山 友規, 松田 靖弘, 鳥飼 直也, 日野 正裕, 石原 一彦, 高原 淳
  • 学会等名: Trans, MRS-J
  • 発表場所: 日本大学駿河台キャンパス
  • 年月日: 2007-12-09
• [学会発表] Enhancement of wear resistance in hydrophilic cross-linked polyelectrolyte brshes under a wet condition. (2007)
  • 著者名/発表者名: M., Kobayashi・Y., Matsuda・A., Suzuki・M., Kaido・K., Ishihara・A., Takahara
  • 学会等名: The 10th Pacific Polymer Conference
  • 発表場所: 神戸国際会議場
  • 年月日: 2007-12-05
• [学会発表] 部分架橋構造を有する高分子電解質ブラシ薄膜の摩擦摩耗特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林 元康, 松田靖弘, 鈴木厚, 海道昌孝, 石原一彦, 高原 淳
  • 学会等名: レオロジー学会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2007-11-01
• [学会発表] 基板および微粒子表面に表面開始重合で調製したポリビニルアルコールの分子鎖凝集構造 (2007)
  • 著者名/発表者名: 寺山友規・小林元康・佐々木園・坂田修身・高原 淳
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
  • 年月日: 2007-05-31
• [学会発表] 高分子電解質ブラシのミクロおよびマクロ摩擦特性解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,王哲,石原一彦,高原淳
  • 学会等名: 第15回複合材料界面シンポジウム
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
• [学会発表] 高密度にグラフトした電解質ポリマーブラシ表面の摩擦特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,王哲、松田靖弘、石原一彦,海道昌孝,鈴木厚,高原淳
  • 学会等名: トライボロジー会議2007春東京
  • 発表場所: 国立オリンピック記念青少年総合センター
• [学会発表] 高分子電解質ブラシの水中での摩擦特性に及ぼす塩濃度の影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康・Wang Zhe・石原一彦・高原淳
  • 学会等名: 第56回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 京都国際会議場
• [学会発表] 高密度グラフト化電解質ポリマーの水界面における構造と表面摩擦特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,王哲,松田靖弘、石原一彦,高原淳
  • 学会等名: 第45回高分子材料自由討論会
  • 発表場所: 唐津シーサイドホテル
• [学会発表] 超親水性ポリマーゲル薄膜の固定化による水潤滑表面の構築 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,松田靖弘,王哲,鈴木厚,海道昌孝,石原一彦,高原淳Oral
  • 学会等名: 第56回高分子討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] 中性子反射率による表面グラフト化高分子電解質の固液界面構造評価 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,穂坂直,松田靖弘,鳥飼直也,日野正裕,石原一彦,高原淳
  • 学会等名: 第56回高分子討論会
  • 発表場所: 名古屋工業大学
• [学会発表] 生体模擬環境下における高分子電解質ブラシのトライボロジー特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,松田靖弘,鈴木厚,海道昌孝,石原一彦,高原淳
  • 学会等名: トライボロジー会議2007秋佐賀
  • 発表場所: 佐賀大学
• [学会発表] 部分架橋構造を有する高分子電解質ブラシ薄膜の摩擦摩耗特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,松田靖弘,鈴木厚,海道昌孝,石原一彦,高原淳
  • 学会等名: 第55回レオロジー学会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] 表面グラフト化電解質ブラシの固液界面構造のイオン強度依存性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、寺山友規、穂坂直、鳥飼直也、日野正裕、石原一彦、高原淳
  • 学会等名: 日本中性子科学会第7回年会
  • 発表場所: 九州大学
• [学会発表] 中性子反射率測定による水界面における高分子電解質ブラシの構造解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,穂坂直,寺山友規,松田靖弘,鳥飼直也,日野正裕,石原一彦, 高原淳
  • 学会等名: MRS-J
  • 発表場所: 日本大学駿河台キャンパス
• [学会発表] Enhancement of wear resistance in hydorophilic cross-linked polyelectrolyte brushes under a wet condition. (2002)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Matsuda, A. Suzuki, M. Kaido, K. Ishihahra, A. Takahara, Oral
  • 学会等名: The 10th Pacific Polymer Conference
  • 発表場所: International Conference Center Kobe
• [図書] Imperial College Press (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Z. Wang, Y.Matsuda, M.Kaido, A.Suzuki, A. Takahara
  • 出版者: Tribological Behavior of Polymer Brush Prepared by the "Grafting-from" Method", in S. S. Kumar Ed. "Polymer Tribology
• [図書] Polymer Tribology (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Z. Wang, Y. Matsuda, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • 出版者: Imperial College Press
• [図書] "Frictional Properties of Organosilane Monolayers and High-Density Polymer Brushes", Chapter 5 in G. Biresaw, K. L. Mittal Eds. "Surfactants in Tribology" (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Ishida, M. Kaido, A. Suzuki, A. Takahara
  • 出版者: CRC Press
• [図書] Surfactants in Tribology (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Ishida, M. Ka ido, A. Suzuki, A. Takahara
  • 出版者: CRC Press
• [図書] 自己組織化ナノマテリアル第4章9項高分子ナノ界面-ポリマーブラシを中心に (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康,高原淳
  • 出版者: フロンティア出版
• [図書] ぬれと(超)撥水、(超)親水技術、そのコントロール第4章第2節(6)医用材料の親水化処理 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康、古賀智之、高原淳
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 自己組織化ナノマテリアル(第9章 高分子ナノ界面) (2007)
  • 著者名/発表者名: 小林元康, 高原淳
  • 出版者: フロンティア出版
• [備考]
  • URL: http://takahara.ifoc.kyushu-u.ac.jp