九州シンクロトロン光研究センター課 題 番 号 ： 070620N（様式第４号）

実施課題名

高分子修飾微粒子の微細構造決定
English Investigation on Fine Structure of Polymer Brush around Colloidal Particle
著者氏名毛利EnglishEmiko Mouri

恵美子

著者所属 九州工業大学

EnglishKyushu Institute of Technology

１．概要
高分子ブラシは、接着や摩擦という観点から非常に注目されており、生体適合性の高い材料の開発や、低摩擦表面、あるいは、撥水性・撥油性表面の構築等の研究が行わ れ て い る 。し か し な が ら 、 平 面 の 固 体 基 盤 上 に 高 分 子 鎖 の 末 端 を 固 定 し た 試 料 の 大 面
積 へ の ス ケ ー ル ア ッ プ は 容 易 で な い 。高 分 子 ブ ラ シ の 特 性 を 生 か し た 応 用 開 発 を 目 指 す
上 で は 、微 粒 子 に 高 分 子 を 固 定 化 し た も の を 塗 布 す る 等 が 現 実 的 で あ り 、曲 率 を 持 っ た
面 に 固 定 化 し た 高 分 子 鎖 に 関 す る 知 見 が 重 要 で あ る と 考 え ら れ る 。 本 実 験 は 、高 分 子 修
飾微粒子の粒子内構造をＸ線小角散乱法によって明らかにすることを目的として行った。
（ English ）Many resear chers are interested in p ol ymer brush because of their unique properties.
However, making a large scale of plate with homogeneous grafted pol ymer is not eas y. It is
more practical to make pol ymer-gr afted particle and to spread them on the p late. Thus, werecognize that the investigation on str ucture and pr opert y of p ol ymer- grafted particle is
imp ortant. Here, we p er for med SAXS measur ement on polymer-grafted particle solution andwe obtained str uctural infor mation for p ol ymer- grafted particle.

２．背景と研究目的：

系での高分子ブラシの微細構造を明らかにする

界面はバルクには見られない特徴的な性質ことにより、より普遍的な界面における高分子があり、非常に興味深い。これまで主に界面で構造のモデルを提示できるものと考えている。の高分子の構造という観点から研究をおこなっ３次元系での同様な研究が行われていない理由ており、水面でのＸ線・中性子反射率測定を用として、未知のパラメータが多すぎることが挙いて、高分子ブラシ（高分子の片末端が固定さげられる。例えば、ミセル系を例にとると、小れ、高分子鎖が歯ブラシのように密集したもの）

角散乱測定を行った場合、その大きさのみならの構造を明らかにしてきた。その過程において、ず、ミセルの形状、会合数という２次元平面で微細構造を明らかにすることにより、１０Å程は必要のないパラメータが出現する。申請者ら度の特徴的な層構造を発見した。申請者らは、は、固体微粒子に予め高分子末端を固定化した

これを絨毯層 と名づけ、その普遍性に関し微粒子を用いることにより、会合数、（棒状、デて系統的な研究を行ってきた。２次元的な系にィスク状などの）形状を考慮する必要のない系おいて発見されたこの特徴的な構造が、３次元を構築した。小角Ｘ線散乱測定を行うことによ的な系においても共通して存在するのかどうかり、高分子ブラシの微細構造を議論することがは未だに確認されていない。申請者は、３次元可能なデータが得られるものと考えている。具体的には、高輝度を生かし、カメラ長を変えて子内干渉による明確なピークは確認できなかっ測定を行うことにより、Gunier 領域の解析によたが、 Guinier 領 域に強い散乱が見られた。

る、粒子径の決定、Porod 領域の解析による高Guinier プロットにより、高分子修飾チタニア微

分子鎖の形状と、高分子鎖の構造から全体の形粒子の回転半径は約１３nm と見積もられた。

（１）

状まで明らかにできると期待される。

５．今後の課題：
今回の実験により、実験条件において、非常３．実験内容：にＸ線の波長の選択が重要なファクターである

BL15（構造科学イメージングビームライことがわかった。適当な波長を選択することにン）において、小角散乱実験を行った。カメラより、希薄な濃度においても散乱を観測するこ長は２３２９ｍｍ、検出器にはイメージングプとができると期待されるので、今後は今回得らレートを用いた。8keVおよび12keVのエネルギれた情報をもとに、より詳細な実験を行いたい。

ーにおいて、測定を行った。試料は、高分子修
飾シリカ微粒子、シリカ微粒子、高分子修飾チ
タニア微粒子等の分散溶液である。直径２ｍｍ

６．論文発表状況・特許状況(関連論文として)程度、肉厚０．０１ｍｍのガラスキャピラリー

“X-rayに試料溶液を注入したものを用いて測定を行っ

Polymer-grafted Silica Particle Monolayer

た。

Formation at the Air-Water Interface”

４．結果、および、考察：

Emiko

当初、種々の高分子をグラフトした微粒子

Reflectometry

Mouri,

YoshitakaConfirms

Okazaki,

Kohji

Yoshinaga, Hideki Matsuoka in revision.

を試料として準備したが、分散濃度の低さおよ

７．参考文献び装置上のカプトンフィルムからの散乱によ（１）コロイド科学〈４〉／コロイド科学実験

り、試料からの散乱が認められなかった。そこ

法、東京化学同人 (1996-04-01 出版)、日本化学

で、コアとなる微粒子のみの試料を高濃度分散会【編】

液（２０wt%）から順次濃度を下げて、試験的８．キーワード測定を試みた。その結果、８keV においては、・Ｘ線小角散乱0.05wt％の試料では２次ピークがわずかに観測

X 線を物質に照射し、散乱角が小さい部分の散さ れ る 程 度で あ っ た が 、 12keV に お い て は

乱光の角度依存性を測定することにより、物質0.05wt％において３次ピークまでの散乱が認めの構造情報を得る手法である。本実験では、粒られた。12keV では、低濃度における測定が可子の形状や、粒子近傍の高分子の構造を調査す能であったことから、高分子をグラフトした試る目的でこの手法を用いた。

料とコア粒子のみの場合の散乱を比較すること

・高分子グラフト微粒子、高分子修飾微粒子ができ、高分子鎖による散乱が観測されること微粒子表面に共有結合により高分子鎖の末端をを確認した。これらの一連の試験測定により、固定したもの。微粒子表面あたりの高分子鎖のほぼ測定条件が確立されたと考えられるので、密度が高いことから、比較的高分子鎖が延びた

今後、種々の高分子をグラフトした微粒子を測形態をとりやすい。このときの高分子鎖の形状定することにより、新たな知見が得られると期がブラシのように見えることから、グラフトし待できる。また、その他に、高分子を表面に吸た高分子鎖を「高分子ブラシ」と呼ぶこともあ着させたチタン微粒子系についても測定を行っる。

た。本系は多分散度が十分に高くないため、粒