形態複屈折を利用したブロック共重合体のミクロ相分離構造のモルホロジー転移の研究

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ブロックポリマーのミクロ相分離によって形成されるラメラ状やシリンダー状のドメイン構造はその形状の異方性ゆえに複屈折を示す。本研究では、これを利用して、球/シリンダー間あるいはラメラ/シリンダー間のモルホロジー転移を研究することを目的とした。試料はスチレン-ブタジエン-スチレントリブロックコポリマー(SBS)を用いた。常温ではポリスチレン(PS)はガラス状態、ポリブタジエン(PB)はゴム状態である。本試料の数平均分子量は6.31万、化学組成比は、スチレンの重量分率で表すと0.56である。本研究では、非平衡モルホロジー(PBシリンダー)から平衡モルホロジー(PS‐PB交互ラメラ)へと転移する過程を観察するため、SBSをPSに良溶媒であるがPBには貧溶媒であるようなメチルルエチルケトン(MEK)を用いて溶液キャストを行なった。まず、シリンダからラメラへのモルホロジー転移を確認するために、小角X線散乱(SAXS)実験を行なった。また、その転移過程を時分割SAXS測定によって明らかにし、転移の速度論を考察した。その結果、MEK溶液から製膜されたキャストフィルムに形成されたPB‐シリンダーが熱処理することによってPS‐PB交互ラメラへと転移することが確認された。また、時分割SAXS測定の結果から、転移に要する活性化エネルギーは42.4±1.5kcal/molとなった。一方、定常流粘度の温度依存性から算出した流動に要する活性化エネルギーは43.5kcal/molとなり、両者でほぼ等しい値が得られた。このことは、モルホロジー転移には予想外にわずかな活性化エネルギーしか必要とせず、そのメカニズムは流動に伴うミクロ相分離構造の再配向過程に類似であることを示唆している。このモルホロジー転移過程に対応した複屈折の変化は微小であり、定量的な解析は今後の課題である。