Higher-order structure control of associating polymers via design of primary structures and elucidation of its molecular mechanism

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本研究課題は，疎水性官能基で部分的に修飾された親水性高分子である会合性高分子の一次構造（主鎖の構造，官能基の種類，組成など）から，この種の高分子が水中で形成する高次構造（ミセル，ゲル，相分離）を予測し，これらの構造を自在に構築する方法論を構築することを目標とする．そのために，合成・物性実験および理論による系統的調査を計画した．このような背景のもと，令和3年度は，以下の検討を行った．得られた知見は，汎用的な分子設計で高次構造を階層的に制御する指針の基礎となるという点で，学術上および材料開発上重要である．（１）共重合体の重合度が高次構造形成に与える影響令和2年度までに，共重合体のもつ官能基の構造と，共重合組成が，ミセルの形成挙動とサイズ，ひいてはゲル化と相分離に影響を与えることを見出した．そこで，令和3年度は，共重合体の重合度に着目し検討した．その結果，重合度が大きいほど，共重合体の組成分布が狭くなり，その結果，ミセルのサイズ分布も狭くなることが実験により明らかとなった．この結果は，理論計算によって求めた組成分布の重合度依存性と，ミセルサイズの共重合組成依存性に関し蓄積された知見で裏付けられた．また，高濃度条件において共重合体水溶液全体がゲル化するには，組成分布とミセルのサイズ分布が狭いことが必要であることを見出した．また，熱測定により，これらの高次構造が形成する過程についての定量的情報を得た．（２）ミセルとゲルの構造解析共重合体が形成するミセルとゲルの構造を詳細に検討すべく，小角中性子散乱の測定結果を用いて，ミセルの形状とサイズに関する情報を得た．その結果，水溶液全体がゲル化する系では，共重合体がナノサイズのミセルを形成し，ミセル同士がさらに会合することで複合体を形成することを見出した．このような階層的構造体は，ゲル化に必要なミセル間網目構造の前駆体として働くと考えられる．