ポリマーブラシを利用した親水性と撥水性が共存するパラドキシカル表面の構築

使用聚合物刷构建亲水性和拒水性共存的矛盾表面

• 批准号: 22K14729
• 负责人: 佐藤 知哉
• 金额: $ 2万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14729/
• 关键词: ポリマーブラシ; 表面開始原子移動ラジカル重合法（SI-ATRP）; 共重合; ぬれ性; 親水性; 疎水性; 撥水性; 精密重合

本年度は、本研究課題の主目的であるポリマーブラシを利用したパラドキシカル表面の作製に向けた合成技術の開発とそれを利用したポリマーブラシ／コポリマーブラシの量産に取り組んだ。ゾル－ゲル法によりシリコン基板上に作製した重合開始層を起点とし、空気中でポリマーブラシの合成が可能な改良型原子移動ラジカル重合法（Paint-on法）を用いて各種親水性モノマー（メタクリル酸3-スルホプロピルカリウム、SPMK）、疎水性モノマー（アクリル酸 1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシル、HDFDA）の重合を検討した。また、合成した親水性／疎水性ポリマーブラシを起点としたPaint-on法によるコポリマーブラシの合成も試みた。今回用いる重合開始層は、疎水性であり水の接触角ヒステリシスも小さいことから、一定時間経過しポリマーブラシが合成され表面が親水化されないと水系の重合溶液は濡れ広がることができない。疎水性ポリマーブラシから親水性モノマーを重合する場合にも同様である。このため、予備検討として従来型の水系Paint-on法の重合溶液を用いてポリマーブラシ／コポリマーブラシの簡易合成を試みたところ、均質な表面を得ることはできなかった。この解決のために、従来型の水系Paint-on法重合溶液に低表面張力のエタノールを添加し重合を行ったところ、重合溶液は重合開始層や疎水性ポリマーブラシのいずれにもよく濡れ広がり、より均質なポリマーブラシ／コポリマーブラシが合成できた。本手法で合成したpolySPMKブラシの水接触角（WCA)は10°以下、polyHDFDAブラシのWCAは110°、poly(HDFDA-SPMK)コポリマーブラシのWCAは40~60°程度であった。以上の結果から、Paint-on法重合溶液の改良とそれを利用したポリマーブラシ／コポリマーブラシの合成に成功した。

今年，我们致力于开发一种使用聚合物刷创建矛盾表面的合成技术，这是该研究项目的主要目的，并利用该技术大规模生产聚合物刷/共聚物刷。以通过溶胶-凝胶法在硅基板上制备的聚合引发层为起点，各种亲水性单体（甲基丙烯酸）和3-磺基丙基钾酸（SPMK）与疏水性单体（1H,1H,2H,2H -丙烯酸十七氟癸酯，HDFDA)。我们还尝试以合成的亲水/疏水聚合物刷为起点，使用Paint-on方法合成共聚物刷。这里使用的聚合引发层是疏水性的，并且具有小的水接触角滞后，因此除非经过一定时间，聚合水溶液不能润湿和铺展，并且合成聚合物刷并且表面变得亲水。当从疏水性聚合物刷聚合亲水性单体时，这同样适用。为此，作为初步研究，我们尝试使用传统水性Paint-on方法的聚合溶液简单地合成聚合物刷/共聚物刷，但不可能获得均匀的表面。为了解决这个问题，我们在传统的水性涂料聚合溶液中添加了低表面张力的乙醇并进行聚合，聚合溶液在聚合引发层和疏水性聚合物刷上都得到了很好的润湿和铺展，从而形成了更加均匀的聚合物刷。 /共聚物刷可以合成。采用该方法合成的聚SPMK刷的水接触角（WCA）小于10°，聚HDFDA刷的WCA为110°，聚（HDFDA-SPMK）共聚物刷的WCA约为40至60° 。基于以上结果，我们成功改进了涂料聚合溶液，并用其合成聚合物刷/共聚物刷。

项目成果

ゾル－ゲル法を利用した重合開始剤の無限希釈とそれに伴うポリマーブラシのグラフト密度変化：重合に必要な表面開始剤の下限濃度の決定

使用溶胶-凝胶法无限稀释聚合引发剂并导致聚合物刷接枝密度的变化：聚合所需表面引发剂浓度下限的测定

• 发表时间: 2022
• 作者: 佐藤知哉;中村 聡;浦田千尋;穂積 篤
• 通讯作者: 穂積 篤