ポリウレタンの超薄膜化によるナノ構造制御と分子運動性の特異性

通过超薄聚氨酯薄膜形成实现纳米结构控制和分子运动特异性

基本信息

批准号：
18750104
负责人：
小椎尾謙
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Nagasaki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

ポリウレタンは、原料の化学構造および配合比を変化させることにより、その構造および物性を容易でかつ広範にわたり制御することが可能である。このため、ポリウレタンの応用は、多岐に渡っており、重要な高分子材料の一つである。ポリウレタンエラストマーの化学構造は、剛直なハードセグメントおよび屈曲性のソフトセグメントからなる。これまでの研究より、ポリウレタンは、ハードセグメント相およびソフトセグメント相からなるミクロ相分離構造を形成(ハードセグメントドメインのサイズは、20nm程度)すると同時に、ハードセグメント相内においては、主鎖中の強い極性を有するウレタン基間で水素結合を形成していることが明らかにされている。バルクポリウレタンで重要な役割を果たしている極性が強いウレタン基は、超薄膜化した際においても、超薄膜の安定性や有のミクロ相分離構造などに大きな影響を及ぼすと考えられる。本研究では、ポリウレタン薄膜の膜厚とミクロ相分離構造を評価することを目的とする。ミクロ相分離サイズが異なる種々のポリウレタンを合成した。得られたポリウレタンを用いて超薄膜を調製し、そのミクロ相分離構造を原子間力顕微鏡(AFM)による直接観察および視斜角入射X線散乱(GISAXS)測定により評価した。厚い膜厚の試料では、バルクと同様のハードセグメントドメインおよびソフトセグメントマトリクスからなるミクロ相分離構造が観察された。膜厚の低下に伴い、この相分離構造の周期長(ハードセグメントドメイン間距離に相当)は、ポリウレタンの種類に依存せず減少した。これにより、相分離サイズと膜厚の相関に関して新たな知見が得られるとともに、その普遍性が確認された。

通过改变原材料的化学结构和混合比，可以轻松而广泛地控制聚氨酯。因此，聚氨酯具有广泛的应用，并且是重要的聚合物材料之一。聚氨酯弹性体的化学结构由刚性硬段和柔性软段组成。先前的研究表明，聚氨酯形成了由硬段阶段和软段阶段组成的显微镜分离结构（硬段域的大小约为20 nm），而同时，它们之间在硬段阶段内具有强极性的尿烷基之间形成氢键。在散装聚氨酯中起重要作用的高极性尿道烷基被认为对超薄膜和微相分离结构的稳定性产生了重大影响，即使它们被制成了超薄膜。这项研究旨在评估聚氨酯薄膜的薄膜厚度和微相分离结构。合成具有不同显微相分离大小的各种聚氨酯。使用所获得的聚氨酯制备超薄膜，并通过原子力显微镜（AFM）和视觉醒目的X射线散射（GISAXS）测量通过直接观察来评估它们的显微相分离结构。在厚的膜厚度样品中，观察到由硬段域和软段矩阵组成的微相分离结构与散装相似。随着膜厚度的减小，该相分离结构的周期长度（对应于硬段域之间的距离）独立于聚氨酯的类型而降低。这提供了有关相分离大小和膜厚度之间相关性的新知识，并确认了其普遍性。