高分子超薄膜に特異的な分子鎖凝集状態と分子運動特性の解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694164
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 梶山 千里 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (60037976)
• 研究分担者: 佐々木 園 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (40304745) ; 高原 淳 有機化学基礎研究センター, 教授 (20163305)
• キーワード: 一次構造制御された脂肪族高分子 / 分子鎖凝集構造 / 脂肪族ポリエステル / フルオロアルキル連鎖 / 薄膜表面構造 / X線回折法 / 赤外分光法 / 走査プローブ顕微鏡

研究概要

本研究は、結晶性高分子超薄膜の物性を支配する超薄膜中で特異的な分子鎖凝集状態と分子運動特性を解明することを目的として、主鎖中に官能基を規則的に導入した一次構造が制御された脂肪族高分子薄膜の高次構造及び分子運動特性の評価を行っている。本年度は、ポリエステル系及びポリウレタン系脂肪族高分子のバルク及び薄膜状態における分子鎖凝集構造を評価し一次構造との相関を検討した。以下に、長鎖アルキル基と短鎖フルオロアルキル基を規則的に主鎖に有する脂肪族ポリエステル[(CH_2)iOCO(CF_2)jCOO]n(i=12,22,j=2,8,10)における研究結果について報告する。
[1]上記脂肪族ポリエステル一軸配向試料の広角X線回折測定及び偏光赤外吸収スペクトル測定を行い、バルク結晶構造と分子鎖のコンフォメーションを検討した。その結果、いずれの試料においてもアルキル鎖、フルオロアルキル鎖そしてエステル基が凝集して結晶領域を形成していることが判った。主鎖のアルキル鎖長の増大に伴い、1)フルオロアルキル鎖の規則的な螺旋構造に乱れが生じる、2)結晶格子は分子鎖軸に垂直な方向に縮小、3)アルキル鎖のall-transコンフォメーションからの乱れの程度が減少することが明らかになった。また、フルオロアルキル鎖長が増大すると、上述の1)、2)結晶中の隣接分子鎖間のパッキングが分子鎖軸方向に乱れる、3)アルキル鎖のall-transコンフォメーションからの乱れの程度が増大することが明らかになった。エステル基による分子鎖間の双極子-双極子相互作用が結晶構造及び分子鎖コンフォメーションに影響を与えているものと考えられる。
[2]溶融状態から等温結晶化して調製した脂肪族ポリエステル薄膜の分子鎖凝集構造及び複屈折性を原子間力顕微鏡(AFM)観察及びクロスニコル下での光学顕微鏡観察(POM)観察によりそれぞれ評価した。各試料のPOM像では、Maltese Crossを有する直径数十μm以下の円形ドメインが観察され、複屈折性を示す結晶性ドメインが凝集していることが明らかになった。AFM観察から、ドメイン表面ではその中心が最も高さが低いことが判った。主鎖のアルキル鎖が長くなるとドメインの直径は減少することから、ドメインサイズはアルキル鎖の自己組織化力と関連があることが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] R.L.McKieman,A.M.Heintz,S.L.Hsu,S.P.Gido,J.Penelle: "From Aliphatic Polyurethanes to Linear Polyethylene : Influence of Hydrogen Bonding on the Morphology of Semi-crystalline Polymers"Polymeric Materials : Science and Engineering. (in press). (2001)
• [文献書誌] T.Fujii,A.Takahara,and T.Kajiyama: "Scanning Force Microscopic Study of Polyethylene Single Crystals Prepared by a Self-Seeding Method"ACS Symposium Series741, Microstructure and Tribology of Polymer Surfaces, Edited by D.Ratner and V.V.Tsukruk. 741. 336-345 (2000)
• [文献書誌] K.Kojio,A.Takahara,K.Omote,and T.Kajiyama: "Molecular Aggregation State of n-Octadecyltrichlorosilane Monolayers Prepared by the Langmuir and Chemisorption Methods"Langmuir. 16. 3932-3936 (2000)
• [文献書誌] D.J.Yontz and S.L.Hsu: "A Mass Spectrometry Analysis of Hard Segment Length Distribution in Polyurethanes"Macromolecules. 33. 8415-8420 (2000)
• [文献書誌] 梶山千里,高原淳: "第4章第2節走査プローブ顕微鏡、ポリマーABCハンドブック、(社)高分子学会高分子ABC研究会編"(株)エヌ・ティー・エス. 13 (2001)
• [文献書誌] S.L.Hsu: "Raman Spectroscopic Studies of Polymer, Raman Scattering in Materials Science, Edited by W.H.Weber and R.Merlin"Springer-Verlag. 69 (2000)