高分子ソフトマテリアル界面の時空間構造とその制御

高分子软材料界面时空结构及其控制

• 批准号: 14045244
• 负责人: 松岡 秀樹
• 金额: $ 2.37万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14045244/
• 关键词: 両親媒性高分子; 弱電解質高分子; 高分子単分子膜; 高分子電解質ブラシ; 絨毯層; X線反射率; 中性子反射率; ソフトマテリアル; 高分子界面; 高分子ブラシ; 反射率測定; ナノ構造; 界面高分子組織体

ポリジエチルシラシクロブタンとポリメタクリル酸のジブロックコポリマーが水面上で形成する高分子単分子膜のナノ構造をX線および中性子反射率法により調査した.特に,単分子膜中で親水鎖が形成する高分子電解質ブラシのナノ構造とその変化に着目し,低分子イオン(塩)の添加が及ぼす効果について検討した.十分に親水鎖が長く,十分に表面圧が高い条件下では,高分子単分子膜は,水面上の疎水層,水面直下の親水鎖の絨毯層,そしてその下の高分子電解質ブラシ層の3層構造を取っている.ここに,NaClを一定表面圧下で添加すると,塩濃度0.2Mまでは疎水層厚が薄くなる,すなわち,膜が2次元的に膨張する傾向を確認した.さらに塩濃度を増加させ,1M程度とすると,膜は再び収縮し,疎水層厚が増加した.このような興味有る現象を世界に先駆け発見したことは,本研究の大きな成果である.詳細な解析の結果,この現象は,高分子ブラシ部分の荷電状態と静電的相互作用によることが明らかとなった.ブラシ鎖上のカルボキシル基の解離度αは,純水中では小さく,高分子鎖上の電荷数はあまり多くない.しかし,ここに塩を添加することにより,αは,系中の小イオンの平均活量係γ_±に反比例して増加するため,ブラシを形成する高分子鎖上の電荷数が増加すると考えられる.その結果,ブラシ鎖間に静電的反発力が作用するために,膜は膨張し,膜厚は減少したと解釈することができる.0.2M以上の高塩濃度では,多くの小イオンがブラシ鎖間に存在し,これらが静電的相互作用を遮蔽するため,膜は逆に収縮したと考えられる.このように,高分子電解質ブラシのナノ構造には,高分子鎖上の電荷数とブラシ鎖間の静電的相互作用が重要な因子であることが明らかとなった.また,中性子反射の測定からは,ブラシ内の小イオンの分布が不均一であることを示唆するデータが得られ,今後の課題として興味深い対象となる.

Investigation on the structure of polymer film formed on water surface by X-ray and neutral reflectance method In particular, the formation of hydrophilic chains in single molecular films, the structure of polymer electrolytes, the addition of low molecular weight compounds and the effect of polymer electrolytes are discussed. Under high surface pressure conditions, the polymer film is a three-layer structure consisting of an aqueous layer above the water surface, a hydrophilic layer directly below the water surface, and a polymer electrolyte layer below the water surface. For example, if NaCl is added at a certain surface pressure, the concentration of NaCl is 0.2M, and the thickness of the water layer is thin, the expansion tendency of the film is confirmed. As the concentration increases, the film shrinks and the thickness of the water layer increases. This paper presents the results of this research. Detailed analysis of the results, this phenomenon is, polymer shell part of the state of charge and electrostatic interaction between the two sides. The dissociation degree α of the base on the polymer chain is small in pure water, and the number of charges on the polymer chain is large. The average activity of a small molecule in a polymer chain increases in proportion to the increase in the number of charges on the chain. As a result, the electrostatic reaction force between the two locks acts on the membrane, and the membrane expands, and the membrane thickness decreases. At high concentrations of more than 0.2 M, many small particles exist between the two locks, and the electrostatic interaction shields the membrane from contraction. In this regard, the polymer electrolyte structure, the number of charges on the polymer lock and the electrostatic interaction between the lock are important factors. The measurement of neutral sub-reflection is not uniform, and the distribution of small sub-reflection is not uniform.

项目成果

H.Matsuoka et al.: "Nanostructure of Ionic Amphiphilic Block Copolymer Monolayer at Air/Water Interface"Encyclpedia of Nanoscience and Nanotechnology. (in press).

H.Matsuoka等人：“空气/水界面离子两亲性嵌段共聚物单层的纳米结构”纳米科学和纳米技术百科全书。

H.Matsuoka et al.: "X-ray Reflectivity Study of the Monolayer of Anionic Amphiphilic Carbosilane Block Copolymer on Water Surface"Langmuir. 18(10). 3865-3874 (2002)

H.Matsuoka 等人：“水面上阴离子两亲性碳硅烷嵌段共聚物单层的 X 射线反射率研究”Langmuir。

H.Matsuoka et al.: "Nanostrucutre of Fullerene-Bearing Artificial Lipid Monolayer on Water Suface by X-ray Reflectometry"Langmuir. 18(25). 10043-10044 (2002)

H.Matsuoka 等人：“通过 X 射线反射测量法在水面上形成富勒烯人工脂质单层的纳米结构”Langmuir。

H.Matsuoka et al.: ""Carpet"-like Dense Layer Formation in Polyelectrolyte Brush at Air/Water Interface"J.Polym.Sci., B. 41・16. 1921-1928 (2003)

H.Matsuoka等：空气/水界面聚电解质刷中“地毯”状致密层的形成”J.Polym.Sci.，B.41・16.1921-1928(2003)

H.Matsuoka et al.: "Synthesis of Novel Silicon-containing Amphiphilic Diblock Copolymers and their Self-Assembly Fomation in Solution and at Air/Water Interface"Macromolecules. 35(2). 555-565 (2002)

H.Matsuoka 等人：“新型含硅两亲性二嵌段共聚物的合成及其在溶液中和空气/水界面处的自组装形成”大分子。