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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。

This study では, polymer electrolyte ブラシがす in extremely low friction characteristics に and ぼす molecular lock form および molecular lock movement characteristics の influence を Ming らかにすることを purpose とし, カチオン sex polymer electrolyte ブラシをモデルとしを line って research た. Polymer electrolyte ブラシは solution のイオン strength により, その swelling form や molecular lock form が variations change することが know られており, このようなの molecular lock form - the は low friction characteristics を containing む polymer electrolyte ブラシの surface property にも big きく influence すると exam えられる. This year, カチ, カチ, <s:1>, poly [2-(methacryloyloxy) ethyltrimethylammonium Chloride] (PMTAC) ブラシをシリカ particle に modulation し, salt ナトリウム in aqueous solution, における molecular lock form with にえるイオン strength のを, determination of ultra small Angle X ray scattered (USAXS) および determination of small Angle X ray scattered (SAXS) にづき review 価を line った. さらに, between surface measurement device をいて, salt ナトリウム in aqueous solution, において polices to させた 2 つの PMTAC ブラシ between に働く friction の salt concentration dependence についてべ, PMTAC ブラシの phase locked の molecules form と friction masato について検 line for をった. Small Angle X-ray scattered により PMTAC ブラシ lock の swelling film thickness は, isolation lock として exist した occasions よりも double degree big きく, また stretch び cut り lock long のおよそに 50% degree of しており, salt ナトリウム in aqueous solution, において PMTAC ブラシ lock は highly に elongation した form を take っていることがわかった. がシリカ particle のコア radius 96 ㎚の PMTAC ブラシの swelling 挙 fully はて strong ポリマーブラシ field のスケーリング account is でできるのにし, seaborne コア radius が 53 nm のものは, 0.1 M および 0.5 M の salt chemical ナトリウム in aqueous solution, において, thick ポリマーブラシ field から must thin ポリマーブラシ field への planning move since がこっていることが in stopping された. Party で, PMTAC ブラシは 0.1, 1, 10 mm の salt chemical ナトリウム in aqueous solution, においては 10 ^ < - > 4 オーダーの very low にいを friction coefficient in すものの, salt concentration が above 100 mm になるとは friction coefficient of 10 ^ < - > 2 オーダーに planning move した. この nasty shock なの friction coefficient variations は, グラフトの lock, extension された form から収 shrinkage した form への molecular lock form の variations, およびブラシ lock between に働く electrostatic force against 発が solution の salt concentration の raised large により covered されたことなど, multiple くの by が heavy なって up こったものであると speculation される.