表面・界面領域に拘束された高分子鎖の分子運動特性解析法の確立

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13355034
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 田中 敬二 九州大学, 工学研究院, 助手 (20325509)
• 研究分担者: 佐々木 園 九州大学, 工学研究院, 助手 (40304745) ; 高原 淳 九州大学, 先導物質科学研究所, 教授 (20163305)
• キーワード: ポリスチレン / 表面弾性率 / 表面ガラス転移温度 / 走査粘弾性顕微鏡

研究概要

今年度は、走査粘弾性顕微鏡(SVM)を用いて、表面ナノレオロジー特性に及ぼす分子構造因子の解明とその制御を目的に研究を行った。特に、高分子表面の粘弾特性に及ぼす分子鎖末端基濃度と結晶性の効果について定量的に議論した。
高分子表面の分子運動特性と分子鎖末端基濃度の関係を明らかにするため、分子鎖両末端にフルオロアルキルシリル基(R_f)を有するPS[α,ω-PS(R_f)_2]を合成し、固体膜を調製した。膜表面での分子鎖末端基濃度はX線光電子分光測定ならびに中性子反射率測定、分子運動特性は水平力顕微鏡測定に基づき評価した。表面での分子鎖末端基濃度は膜内部と比較して約20倍近く高くなっており、この末端の表面濃縮によって過剰な自由体積が誘起され、表面での分子鎖熱運動性が活性化されることを定量的に議論した。
代表的な結晶性高分子として、アイソタクチックポリプロピレンを選択し、その表面分子運動特性を評価した。その結果、結晶性高分子においてさえも膜表面でのガラス転移温度は内部と比較して著しく低下していた。また、表面セグメント運動の活性化エネルギーに関してもバルク値と比較して小さな値であることを初めて明らかにした。
研究を総括した。

研究成果

• [文献書誌] 田中敬二: "単分散ポリスチレン固体膜表面のガラス転移挙動に関する研究"レオロジー学会誌. 32. 17-25 (2004)
• [文献書誌] H.Yokoyama, K.Tanaka, et al.: "Surface Structure of Asymmetric Fluorinated Block Copolymers : poly[styrene-block-4-(perfluoroctylpropyloxy)styrene]"Macromolecules. 37. 939-945 (2004)
• [文献書誌] T.Kajiyama, K.Tanaka, et al.: "Analysis of Surface Mobility in Polystyrene Films with Monodisperse and Bimodal Molecular Weights by Lateral Force Microscopy"J.Polym.Sci.Part A : Polym.Chem.. 42. 639-647 (2004)
• [文献書誌] D.Kawaguchi, K.Tanaka, et al.: "Surface Composition Control via Chain End Segregation in Blend Films of Polystyrene and Poly(vinyl methyl ether)"Macromolecules. 36. 6824-6830 (2003)
• [文献書誌] K.Tanaka, K.Hashimoto, et al.: "Visualization of Active Surface Molecular Motion in a Polystyrene Film by Scanning Viscoelasticity Microscopy"Langmuir. 19. 6573-6575 (2003)
• [文献書誌] K.Tanaka, D.Kawaguchi, et al.: "Surface Segregation of Chain Ends in α,ω-Fluoroalkyl-Terminated Polystyrenes Films"Polymer. 44. 4171-4177 (2003)
• [文献書誌] 高原淳, 田中敬二, 他: "表面解析・改質の化学、第1部、5.走査フオース顕微鏡"日刊工業新聞社. 43-50 (2004)