ポリマーブラシを利用した親水性と撥水性が共存するパラドキシカル表面の構築

使用聚合物刷构建亲水性和拒水性共存的矛盾表面

基本信息

批准号：
22K14729
负责人：
佐藤知哉
金额：
$ 2万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本年度は、本研究課題の主目的であるポリマーブラシを利用したパラドキシカル表面の作製に向けた合成技術の開発とそれを利用したポリマーブラシ／コポリマーブラシの量産に取り組んだ。ゾル－ゲル法によりシリコン基板上に作製した重合開始層を起点とし、空気中でポリマーブラシの合成が可能な改良型原子移動ラジカル重合法（Paint-on法）を用いて各種親水性モノマー（メタクリル酸3-スルホプロピルカリウム、SPMK）、疎水性モノマー（アクリル酸 1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシル、HDFDA）の重合を検討した。また、合成した親水性／疎水性ポリマーブラシを起点としたPaint-on法によるコポリマーブラシの合成も試みた。今回用いる重合開始層は、疎水性であり水の接触角ヒステリシスも小さいことから、一定時間経過しポリマーブラシが合成され表面が親水化されないと水系の重合溶液は濡れ広がることができない。疎水性ポリマーブラシから親水性モノマーを重合する場合にも同様である。このため、予備検討として従来型の水系Paint-on法の重合溶液を用いてポリマーブラシ／コポリマーブラシの簡易合成を試みたところ、均質な表面を得ることはできなかった。この解決のために、従来型の水系Paint-on法重合溶液に低表面張力のエタノールを添加し重合を行ったところ、重合溶液は重合開始層や疎水性ポリマーブラシのいずれにもよく濡れ広がり、より均質なポリマーブラシ／コポリマーブラシが合成できた。本手法で合成したpolySPMKブラシの水接触角（WCA)は10°以下、polyHDFDAブラシのWCAは110°、poly(HDFDA-SPMK)コポリマーブラシのWCAは40~60°程度であった。以上の結果から、Paint-on法重合溶液の改良とそれを利用したポリマーブラシ／コポリマーブラシの合成に成功した。

今年，我们致力于开发旨在使用聚合物刷，该研究主题的主要目标以及使用此功能的大量聚合物刷/共聚物刷制造悖论表面的合成技术。各种亲水性单体（3-硫丙基甲基丙烯酸钾，SPMK）和疏水单体（1H，1H，1H，2H，2H，2H，2H，2H-嗜热）丙烯酸甲酯，HDFDA的聚合化，使用改进的ATOM PARTICAL PORTISTION（允许均可进行的策略），该方法是启动了之前的方法（通过Sol-Gel方法在硅底物上制备的聚合起始层。我们还尝试使用绘画方法从合成的亲水/疏水聚合物刷开始合成共聚物刷。这次使用的聚合起始层是疏水性的，并且水的接触角滞后较小，因此，如果在一定时间段内合成聚合物刷，并且表面不被水解化，则水性聚合溶液将无法润湿并扩散。同样，也适用于从疏水聚合物刷中的聚合亲水性单体。因此，作为一项初步研究，我们尝试使用常规的聚合溶液使用水性油漆方法轻松合成聚合物刷/共聚物刷，并且无法获得均匀的表面。为了解决这个问题，当将表面较低张力的乙醇添加到常规的水性涂料聚合溶液中时，聚合溶液在聚合启动层和疏水聚合物刷中均很好地扩散到可以合成的聚合物聚合物刷中，从而可以合成更多均匀的聚合物刷/共聚物刷。使用此方法合成的Polyspmk刷的水接触角（WCA）为10°或更小，PolyHDFDA刷的WCA为110°，Poly（HDFDA-SPMK）共聚物刷的WCA的WCA约为40-60°。基于上述结果，我们成功改善了绘画聚合溶液，并使用相同的绘制了聚合物刷/共聚物刷合成。