| 研究課題/領域番号 |
25410135
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 地方独立行政法人大阪市立工業研究所 |
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研究代表者 |
玉井 聡行 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 電子材料研究部, 研究副主幹 (50416335)
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| 研究分担者 |
小林 靖之 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 電子材料研究部, 研究主任 (00416330)
渡辺 充 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 電子材料研究部, 研究員 (70416337)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 有機・無機ハイブリッド / 無電解めっき / ポリマーフィルム / PEN / プラズマ処理 / 金属ナノ粒子 / LbL法 / 表面・界面物性 |
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| 研究概要 |
ポリマー材料表面に、無電解めっきにより金属薄膜を形成させるためには、めっき反応開始触媒の付与、およびポリマー／金属間の密着性の確保が必要となる。本年度は、優れた化学・物理的安定性をもつ工業用ポリエチレンナフタレート（PEN）およびポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに対して、表面処理よる親水化、ついで交互積層法（LbL：layer-by-layer）による高分子電解質薄膜形成を経て、パラジウムナノ粒子を生成・分散させることで、無電解めっき可能な表面（ハイブリッド層）を作製することを検討した。また、フィルム表面に“その場合成”により、アクリルモノマー／酢酸パラジウム／光ラジカル開始剤／シリカナノ粒子を含む混合物（薄膜）から、パラジウムナノ粒子／シリカナノ粒子／アクリルポリマーハイブリッド層を形成させることについても検討した。
プラズマ処理や紫外光照射(254 nm)によりその表面にカルボキシル基を生成させたPEN,PETフィルム表面に、LbL法により高分子電解質薄膜を形成させた。LbL層の最表面はカチオン性とし、そこにPd錯イオン(PdCl42-)の吸着およびそれからのパラジウムナノ粒子生成の過程を経ることでめっき反応開始触媒能を付与した。その結果表面に密着性に優れた無電解銅めっきが可能となった。
“その場合成”によるハイブリッド層形成では、大きな吸光係数を持つ光ラジカル開始剤、および増感剤として含硫黄化合物を用いることで、標準条件と比較して光照射量の大幅な低減を達成できたが、一方その表面へのめっきにおいて、皮膜の成長速度が低下した。チオエーテル基は、ラジカルの伝播を促進する一方で、金属表面の触媒能を低下させることが知られている。本研究においても、チオエーテル基とパラジウムナノ粒子表面が相互作用することで触媒能が低下したと考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
疎水的なPEN,PETフィルム表面を、プラズマ処理等により親水化し、かつカルボキシル基を生成させることで負電荷を付与することができた。その負電荷を利用して、LbL法（基板を“カチオン性の水溶性ポリマー溶液”と“アニオン性の水溶性ポリマー溶液”に交互に浸漬することにより、交互積層膜を形成）により高分子電解質薄膜を形成させた結果、積層膜最表面に正電荷を付与できた。正電荷へのPdCl42-吸着を経て、触媒活性を得ることができた。すなわち、層間の界面に存在する電荷を制御し、積層を繰り返すことにより機能を持った材料表面を形成させるという目的を達成できた。
“その場合成”によるハイブリッド層形成では、標準条件で光ラジカル開始剤として用いている2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オンと比較して、大きな吸光係数を持つ2-メチル-1-[4-（メチルチオ）フェニル]-2-モルフォリノプロパン-1-オンを光ラジカル開始剤として用い、かつ増感剤としてチオキサントン類等の含硫黄化合物を用いることで、光照射量の大幅な低減を達成できた。一方でハイブリッドの触媒能は低下した。以上のように、優れた、機能性材料開発においては、その合成から、最終的な機能発現まで、全ての過程において材料設計、界面制御を精密に行う必要があることがわかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
PEN表面にLbL層／パラジウムナノ粒子／銅薄膜が積層した構造体において、密着性に優れためっき皮膜を形成させるには、各層間の相互作用を高めるとともに、その内部に存在するイオン性基やパラジウムナノ粒子に目的とする役割を十分に果たさせる必要がある。そこで重要となるのが層間（成分間）の界面の制御であり、その状態をナノスケールで評価する必要がある。各種表面分析機器による評価に加えて、シリカ粒子・色素等のイオン性化合物の吸着実験、そしてそれらと構造体のマクロな性質とを比較検討することで、界面のナノ構造の解明とその制御、それらを通じた最終的な性能向上を目指す。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
研究の進行が計画とは異なる点もあり、装置および消耗品の使用額、および旅費が見込みより小さいものとなったため。また、装置の故障もほとんどなく、修理費も極少額しか必要としなかった。
次年度以降に、消耗品等に使用する予定。
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