バイオマス高分子薄膜の結晶性・構造・配向制御　-超薄膜ガラスの科学とその応用-

生物质聚合物薄膜的结晶度、结构和取向控制 - 超薄玻璃科学及其应用 -

基本信息

批准号：
22K03562
负责人：
高橋功
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03562/
关键词：
生分解性高分子薄膜表面結晶化ガラス状態ポリ乳酸

项目摘要

当該年度は生分解性高分子であるPLLAと、導電性高分子であるP3HTのキャスト膜内での分子の配向性と結晶性の調査を行った。基板依存性、温度依存性に重点をおいた研究を進めてきたが、今回はこれらの高分子にとって必ずしも良好とは言えない溶媒を用いて高分子試料を溶かし、それらの溶液からキャスト膜を形成することで、いわゆる溶媒依存性の本格的な調査に乗り出したという段階である。PLLA、P3HT共に薄膜形成に優れているとされる溶媒はクロロホルムであるが、毒性の強さから次第に使われなくなる傾向にある。他の溶媒（可能なら毒性の弱い溶媒）を用いた場合、どのような半結晶膜が形成されるのかを調べることはリスクや環境負荷の少ない高分子デバイス製造に際しても有用な情報を与え得るものと期待される。PLLAでは溶媒としてクロロホルム以外にトルエン、2-ブタノン、テトラヒドロフラン、アセトン、酢酸ブチル、2-プロパノールを用いてシリコンウエハー上のキャスト膜の結晶構造、結晶性、結晶化度、配向性等の評価を行った。P3HTの場合はクロロホルム以外にキシレン、トルエン、アセトンを溶媒に用いた試料の調査を行った。評価手法は主に微小角入射X線回折および原子間力顕微鏡を併用し、P3HTの場合は大型放射光施設SPring-8のBL03XUでスピンコート膜（厚さ10nm以下の超薄膜）の観察も行った。その結果PLLAの場合は溶媒が極性溶媒か非極性溶媒かにより熱処理後の分子の配向性が大きく異なるということが明らかになった。その一方でP3HTに関してはPLLAほどの溶媒依存性は確認されていない。水素結合により凝集するPLLAでは極性の有無が結晶成長により大きな影響を与えるということはある程度予期された結果であるが、極性の強さの順に溶媒の効果が現れるという様な単純なルールは見出されておらず、より詳細な検討が必要である。

在今年，我们研究了PLLA铸造膜内分子的方向和结晶，可生物降解聚合物和导电聚合物P3HT。我们一直在进行关注底物依赖性和温度依赖性的研究，但是这次，我们通过使用不一定对这些聚合物有益的溶剂来溶解聚合物样品并从这些溶液中形成铸造膜，从而开始对所谓的溶剂依赖性进行全面研究。氯仿是一种溶剂，据说在为PLLA和P3HT形成薄膜方面非常出色，但是由于其强毒性，它逐渐变得越来越少。当使用其他溶剂（如果可能的话，使用低毒性的溶剂）时，即使在制造几乎没有风险或环境影响的聚合物设备时，研究将形成哪种半结晶膜也将提供有用的信息。除氯仿，氯仿，其他溶剂外，使用甲苯，2-丁二酮，四氢呋喃，丙酮，乙酸丁酯和2-丙醇评估了硅晶片上铸造膜的晶体结构，结晶度，结晶度，方向等。在P3HT的情况下，除氯仿外，还使用二甲苯，甲苯和丙酮作为溶剂研究了样品。评估方法主要使用微角入射X射线衍射和原子力显微镜进行，在P3HT的情况下，还观察到使用大型同步辐射设备Spring-8的BL03XU使用BL03XU观察到自旋涂层膜（厚度为10 nm或更低的超薄膜）。结果，可以发现，在PLLA的情况下，热处理后分子的方向取决于溶剂是极性还是非极性溶剂。另一方面，尚未确认P3HT与PLLA一样依赖溶剂。有一个预期的结果是，极性的存在或不存在对PLLA的晶体生长具有显着影响，PLLA通过氢键汇总，但没有发现简单的规则，因此溶剂的效果在极性强度的顺序下出现，并且需要更详细的考虑。