Fundamental and applied research on dynamic polymer brush system floating on water with high-order responsiveness

点击翻译按钮获取中文摘要

両親媒性ブロックコポリマーを添加した疎水性エラストマーを水に接触させると、親水ブロックの水和エネルギーを駆動力としてコポリマーがエラストマー/水界面に自発的に偏析し、ポリマーブラシが形成する (動的ポリマーブラシ)。動的ポリマーブラシ薄膜を水面上に浮かべた水面上動的ポリマーブラシ系は、ブラシ形成による界面張力低下により自発的に伸長する。一般的なグラフト密度固定のポリマーブラシと比較して高い自由度で外場応答すると予想されるが、その詳細は未解明であった。本年度は、水面上動的ポリマーブラシ系の高次元外場応答性の理解に取り組む前段階として、マトリックス材料であるエラストマー超薄膜の力学特性の解明に取り組んだ。膜厚が高分子鎖の末端間距離程度以下である高分子超薄膜は、表面・界面効果や閉じ込め効果によりバルクとは異なる構造・物性を示す。硬いガラス状高分子超薄膜は盛んに研究されてきたが、やわらかいエラストマー超薄膜については実験的な難しさから理解が進んでいなかった。そこで、ごく最近開発された水面上薄膜引張試験法を用いて、エラストマー超薄膜の構造と力学特性の相関解明に取り組んだ。ポリスチレン (PS) ハードドメインが分散相を形成するスチレン系トリブロックコポリマーSIS超薄膜と化学架橋ポリブタジエン超薄膜を対象に研究を行い、いずれも膜厚低下に伴って弾性率上昇と脆性化を示すことを明らかにした。SIS超薄膜では、表面・界面エネルギー差に起因したPS-rich表面・界面層の形成が確認されたが、PS-rich層で想定される弾性率よりも遥かに高い弾性率上昇を示した。ハードドメインの無い化学架橋ポリブタジエン超薄膜でも同様の弾性率上昇を示したことから、表面・界面での特異的な高分子鎖の形態やダイナミクスが、エラストマー超薄膜の弾性率上昇と脆性化に寄与していると考えられる。