側鎖にイミダゾリウム塩を有するポリマーブラシの界面ダイナミクスの精密解析

侧链含咪唑盐聚合物刷界面动力学的精确分析

基本信息

批准号：
11J04039
负责人：
石川達也
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、高分子電解質ブラシが示す極低摩擦特性に及ぼす分子鎖形態および分子鎖運動特性の影響を明らかにすることを目的とし、カチオン性高分子電解質ブラシをモデルとして研究を行った。高分子電解質ブラシは溶液中のイオン強度により、その膨潤形態や分子鎖形態が変化することが知られており、このような分子鎖形態の変化は低摩擦特性を含む高分子電解質ブラシの表面物性にも大きく影響すると考えられる。本年度は、カチオン性のpoly [2-(methacryloyloxy) ethyltrimethylammonium chloride](PMTAC)ブラシをシリカ粒子上に調製し、塩化ナトリウム水溶液中における分子鎖形態に与えるイオン強度の影響を、超小角X線散乱測定(USAXS)および小角X線散乱測定(SAXS)に基づき評価を行った。さらに、表面間力測定装置を用いて、塩化ナトリウム水溶液中において対向させた2つのPMTACブラシ間に働く摩擦力の塩濃度依存性について調べ、PMTACブラシ鎖の分子鎖形態と摩擦力の相関について検討を行った。小角X線散乱によりPMTACブラシ鎖の膨潤膜厚は、孤立鎖として存在した場合よりも2倍程度大きく、また伸び切り鎖長のおよそ50%程度に達しており、塩化ナトリウム水溶液中においてPMTACブラシ鎖は高度に伸長した形態を取っていることがわかった。シリカ粒子のコア半径が96㎚のPMTACブラシの膨潤挙動は全て濃厚ポリマーブラシ領域のスケーリング則で記述できるのに対し、コア半径が53nmのものは、0.1Mおよび0.5Mの塩化ナトリウム水溶液中において、濃厚ポリマーブラシ領域から準希薄ポリマーブラシ領域への転移が起こっていることが示唆された。一方で、PMTACブラシは0.1、1、10mMの塩化ナトリウム水溶液中においては10^<-4>オーダーの非常に低い摩擦係数を示すものの、塩濃度が100mM以上になると摩擦係数は10^<-2>オーダーに転移した。この急激な摩擦係数の変化は、グラフト鎖の、延伸された形態から収縮した形態への分子鎖形態の変化、およびブラシ鎖間に働く静電反発力が溶液の塩濃度の増大により遮蔽されたことなど、多くの要因が重なって起こったものであると推測される。

这项研究旨在阐明分子链形态和分子链运动特性对聚电解质刷极低摩擦特性的影响，并使用阳离子多电解质刷作为模型进行了研究。众所周知，聚合物电解质刷的肿胀和分子链形态会根据溶液中的离子强度而变化，并且人们认为分子链形态的这种变化将对聚合物电解质刷的表面特性产生重大影响，包括低摩擦特性。在今年，在二氧化硅颗粒上制备了阳离子多[2-（甲基丙烯氧基）乙基甲基铵氯化乙基）（PMTAC）刷子，以及基于超X-RAY X-RAY散射（saxs shimears semaxs and smaly）（x-ray）的散射（x-Ray）x-ray x-ray x-ray x-ray x-ray x-ray x-ray x-ray sallies and x ray液中离子强度对分子链形态的影响。此外，使用表面对表面的力测量装置，研究了作用于两个相对的PMTAC刷子之间在氯化钠水溶液中作用的摩擦力的依赖性，并研究了PMTAC链链的分子链形态与分子链形态与摩擦力之间的相关性。小角度的X射线散射表明，PMTAC刷链的肿胀厚度大约是隔离链的膨胀厚度的两倍，并达到了扩展链长度的约50％，并且PMTAC刷子链在氯化钠溶液中采用了高度细长的形式。 PMTAC刷的核心半径为96 mm2的二氧化硅颗粒的肿胀行为都可以通过对浓缩聚合物刷区域的缩放规则进行描述，而对于53 nm的核心半径为53 nm，建议从浓缩聚合物区域从浓缩聚合物区域过渡到半二二硫化物刷向半二硅聚合物刷区域中的含氯化物含量氯化物氯化物氯化物的氯化物。另一方面，尽管PMTAC刷在0.1、1和10 mm的氯化钠溶液中以10^<-4>的顺序表现出非常低的摩擦系数，但是当盐浓度达到100 mm或更高时，摩擦系数的转移到10^<-2>> 10^<-2>>。假定摩擦系数的这种突然变化是由许多因素组合引起的，例如，移植链的分子链形态的变化从拉伸形式到合同形式，以及刷子之间作用的静电排斥力的作用，由刷子链之间的静电排斥力作用。