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研究内容
- Keywords
高分子化学, 精密重合, 相分離, 高分子材料
出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。
所属学会
日本化学会, 高分子学会
高分子・バイオ材料研究センター
超巨大高分子ボトルブラシポリマーの研究
高分子化学,高分子材料,相分離,精密重合
概要
ボトルブラシポリマーは、一本の主鎖に多数の側鎖が高密度に結合した巨大高分子である。側鎖間の排除体積効果によって主鎖の折り畳みが抑制されるため、分子全体は伸長したシリンダー状構造を形成する。直鎖状高分子では、主に『長さ』のみが制御可能な構造パラメータであるのに対し、ボトルブラシポリマーでは、主鎖と側鎖の分子設計を通じて『長さ』と『直径』をそれぞれ独立に制御できる。我々は、他の物質群では実現が難しいこの卓越した構造制御性に着目し、ボトルブラシポリマーを精密な一次元ナノマテリアルとして活用する研究を推進している。
新規性・独創性
● 史上最長のボトルブラシポリマー
● 『化学的性質』を制御可能な1次元ナノマテリアル
● 『長さ』と『直径』を制御可能な1次元ナノマテリアル
内容

ボトルブラシポリマーは、従来の直鎖状高分子では困難な高度な分子構造制御を可能にする。本研究では、二つの原子移動ラジカル重合(ATRP)開始点を有するノルボルネンモノマーを出発原料とし、開環オレフィンメタセシス重合(ROMP)による主鎖形成と、ATRPによる側鎖成長を組み合わせることで、ボトルブラシポリマーを合成する。これら二つの直交性を有するリビング重合系において、主鎖と側鎖の重合度をそれぞれ制御することにより、分子の「長さ」と「直径」を独立に調整できる。
ROMPにおいて、本モノマーは高い反応性と優れたリビング重合性を示し、モノマーと開始剤の比が[モノマー]/[開始剤]=10,000という条件でも、15分以内に反応が定量的に進行する。得られた超高重合度の主鎖から側鎖をグラフトすることで、長さが最大7 µmに達する、これまでに報告された中で最長のボトルブラシポリマーを合成することができる。この分子長は、生物学的なスケールで比較すると、大腸菌の細胞長を上回る。
我々は、この精密合成技術を基盤として、ボトルブラシポリマーが固体および液体中で形成する相分離構造に着目した研究を進めている。原子間力顕微鏡、小角X線散乱、粘弾性測定などを用いた観察・計測・解析を通じて、ボトルブラシポリマーの分子構造、それらが形成する秩序構造、ならびに巨視的な物性の相関を明らかにすることを目指している。
まとめ
ボトルブラシポリマーは、『長さ』と『直径』と『化学的性質』を自在制御可能な1次元ナノマテリアルである。側鎖の種類を変えることにより、ガラス転移温度、屈折率、溶解性などを制御することが可能である。このため、ボトルブラシポリマーは、それ単独の性質のみならず、鎖状高分子との複合材料や多孔性材料合成の鋳型など様々な研究への展開が期待できる。

