"超高密度"ポリマーブラシの構造と物性

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450385
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 福田 猛 京都大学, 化学研究所, 教授 (00111972)
• 研究分担者: 辻井 敬亘 京都大学, 化学研究所, 助手 (00217308)
• キーワード: ポリマーブラシ / 超高密度ブラシ / 単分散ポリマーブラシ / リビングラジカル重合 / 高伸長ブラシ / 高弾性ブラシ / AFM / フォースカーブ

研究概要

リビングラジカル重合の一つである原子移動ラジカル重合(ATRP)法によりシリコン基板あるいはシリカ微粒子表面にポリメタクリル酸メチルあるいはポリスチレンをグラフト重合し、表面密度が0.7chains/nm^2にも及ぶ高密度ポリマーブラシを調製することに世界に先駆けて成功した。
重合条件を変えることにより、鎖長および鎖長分布の異なるポリマーブラシを調製した。グラフト密度に関しては、表面固定された開始基の光分解あるいは不活性シランカップリング剤との混合吸着により開始剤の表面密度(高感度赤外分光法により定量する)を減少させ、グラフト密度の異なる試料を作成した。
得られたグラフト鎖の鎖長および鎖長分布は、グラフト鎖を表面より加水分解処理により切り出した後GPC法により直接定量し、また、グラフト密度は、FT-IR法およびエリプソメトリー法によりグラフト量を定量し、鎖長との比より求めた。その結果、グラフト鎖はフリーポリマーとほぼ同じ分子特性を有し、鎖長および鎖長分布に関しよく制御されていることを明らかにした。
原子間力顕微鏡(AFM)(申請備品)を用いて、溶媒(トルエン)中、膨潤ポリマーブラシ層とプローブとしてAFMカンチレバー先端に取り付けたシリカ粒子との間に働く力を表面間距離の関数(フォースカーブ)として測定することにより、ポリマーブラシの平衡膨潤層厚、圧縮弾性率、吸着力等を評価した。その結果、超高密度ブラシは良溶媒中で伸びきり鎖長に比肩しうる膨潤膜厚を与えることや、そのフォースカーブが既存の理論では説明できない特異な挙動を示すことを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] S.Yamamoto: "Surface Interaction Forces of Well-Defined, High-Density Polymer Brushes Studied by Atomic Force Microscopy. 1.Effect of Chain Length."Macromolecules. 33. 5602-5607 (2000)
• [文献書誌] S.Yamamoto: "Surface Interaction Forces of Well-Defined, High-Density Polymer Brushes Studied by Atomic Force Microscopy. 2.Effect of Graft Density."Macromolecules. 33. 5608-5612 (2000)
• [文献書誌] S.Yamamoto: "Atomic Force Microscopic Study of Stretching Single Polymer Chain in Polymer Brush."Macromolecules. 33. 5995-5998 (2000)
• [文献書誌] S.Yamamoto: "Characteristic Phase-Separated Monolayer Morphologies Observed for Blends of Rodlike and Flexible Polymers."Polymer. 42. 2007-2013 (2001)
• [文献書誌] T.Fukuda: "(Feature Article) Mechanisms and Kinetics of Controlled Radical Polymerizations."Macromol.Rapid Commun.. 21. 151-165 (2000)
• [文献書誌] T.Fukuda: "Kinetics of Living Radical Polymerization."ACS Symp.Ser.. 768. 27-38 (2000)
• [文献書誌] M.Ejaz: "Controlled Grafting of a Well-Defined Glycopolymer on a Solid Surface by Surface-Initiated Atom Trnasfer Redical Polymerization."Macromolecules. 33. 2870-2874 (2000)
• [文献書誌] 辻井敬亘: "リビングラジカル重合による表面設計"高分子加工. 50. 58-65 (2001)