中性子超小角散乱によるRAFT重合反応溶液のその場観察

In-situ ultra-small-angle neutron scattering observation for reversible addition-fragmentation chain transfer living radical polymerization

元川 竜平   ; 小泉 智; 橋本 竹治; 飯田 優羽*; 川勝 年洋

Motokawa, Ryuhei; Koizumi, Satoshi; Hashimoto, Takeji; Iida, You*; Kawakatsu, Toshihiro

リビングラジカル重合法(RAFT重合)によりポリメタクリル酸メチルとポリスチレンで構成されるジブロック共重合体を合成した。この重合溶液について中性子超小角・小角散乱法によるその場観察を行った結果、均一溶液下でのジブロック共重合体の成長、及び、重合生成物に誘起される相分離構造の出現を小角散乱の時間変化として追跡することに成功した。その際、相分離構造のモルフォロジーとサイズの経時変化を反映して構造色が発現することを明らかにした。また、カラム分析により本重合挙動を詳細に調べたところ、相分離構造の出現は重合反応速度の遅延を引き起こす可能性があることを実験的に初めて見いだすことに成功したので、この結果について報告する。

We constructed a focusing ultra-small-angle scattering spectrometer (SANS-J-II) at research reactor JRR-3, Tokai, Japan. Focusing ultra-small-angle neutron scattering (USANS) and conventional small-angle neutron scattering (SANS) can observe the length scale about 1000 nm - 100 nm and 100 nm - 1 nm, respectively. Focusing USANS, thus realized, plays an important role to investigate the time-evolution of hierarchically ordered structures in the living radical polymerization solution, preparing poly(methyl methacrylate)-block-polystyrene. In the reaction process to synthesize PS block chains from the end of PMMA block chain, we found the interplay between macro and microdomain structures as follows. As the polymerization proceeds, (1) first by polymerization-induced disorder-order transition, a lamellar microdomain appears and (2) second by order-order transitions, the morphologies of microdomains change to PMMA cylinder and successively to PMMA sphere.