JP2006299106A - Block copolymer membrane having cylinder structure orienting perpendicularly - Google Patents

Block copolymer membrane having cylinder structure orienting perpendicularly Download PDF

Info

Publication number
JP2006299106A
JP2006299106A JP2005123585A JP2005123585A JP2006299106A JP 2006299106 A JP2006299106 A JP 2006299106A JP 2005123585 A JP2005123585 A JP 2005123585A JP 2005123585 A JP2005123585 A JP 2005123585A JP 2006299106 A JP2006299106 A JP 2006299106A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
block copolymer
solvent
copolymer film
cylinder
cylinder structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005123585A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4896423B6 (en
JP2006299106A6 (en
JP4896423B2 (en
Inventor
Shinichi Sakurai
伸一 櫻井
Masahiro Mori
政博 毛利
Riyouko Fukuoka
亮子 福岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyoto Institute of Technology NUC
Asahi Kasei Chemicals Corp
Original Assignee
Kyoto Institute of Technology NUC
Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyoto Institute of Technology NUC, Asahi Kasei Chemicals Corp filed Critical Kyoto Institute of Technology NUC
Priority to JP2005123585A priority Critical patent/JP4896423B6/en
Priority claimed from JP2005123585A external-priority patent/JP4896423B6/en
Publication of JP2006299106A publication Critical patent/JP2006299106A/en
Publication of JP2006299106A6 publication Critical patent/JP2006299106A6/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4896423B2 publication Critical patent/JP4896423B2/en
Publication of JP4896423B6 publication Critical patent/JP4896423B6/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for simply producing a block copolymer membrane having a cylinder structure orienting in the perpendicular direction to the membrane surface and having a small turbulence of an orienting angle. <P>SOLUTION: This invention relates to the block copolymer membrane which has the membrane thickness of 0.1 μm-50 mm and the cylinder structure which orients in the perpendicular direction to the membrane surface and has an absolute value of less than 9° of the turbulence of the orienting angle to the vertical orienting prescribed by the half width at half maximum by two-dimensional small angle X-ray scattering measuring, and to its production method. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有するブロック共重合体膜及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a block copolymer film having a cylinder structure oriented in a direction perpendicular to the film surface and a method for producing the same.

材料に微細構造を付与しその特有の機能や物性を利用する技術は、一般にナノテクノロジーと称され、近年、エレクトロニクス分野のみならず、エネルギー・環境等、広範な分野への応用が期待されている。
基板上にナノメーターオーダーのパターンを自己組織的に形成させ、磁気記録媒体、太陽電池、発光素子、精密フィルターなどの製造に適用が可能な材料として、芳香環含有ポリマー鎖とアクリル系ポリマー鎖とを有するブロックコポリマーまたはグラフトコポリマーを含有しミクロ相分離構造を形成するパターン材料が知られている(特許文献1、2)。しかしながら、膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有する膜については検討されておらず、例えば特許文献1においては、球状ミクロ相分離構造が球の直径程度の厚みの薄膜中で六方細密充填する現象(自己組織化能力)の応用技術を開示したものに過ぎない。
特開2001−151834号公報 特開2002−279616号公報
Technology that imparts a fine structure to materials and uses their unique functions and physical properties is generally called nanotechnology. In recent years, it is expected to be applied not only in the electronics field but also in a wide range of fields such as energy and environment. .
As materials that can form nanometer-order patterns on a substrate in a self-organized manner and can be applied to the manufacture of magnetic recording media, solar cells, light-emitting elements, precision filters, etc., aromatic ring-containing polymer chains and acrylic polymer chains A pattern material that contains a block copolymer or graft copolymer having a structure and forms a microphase-separated structure is known (Patent Documents 1 and 2). However, a film having a cylinder structure oriented in a direction perpendicular to the film surface has not been studied. For example, in Patent Document 1, a spherical microphase separation structure is formed in a hexagonal fine film in a thin film having a thickness of about the diameter of a sphere. It merely discloses the applied technology of the phenomenon of filling (self-organizing ability).
JP 2001-151834 A JP 2002-279616 A

一方、非特許文献1及び2は、流動場を用いて、ジブロック共重合体またはトリブロック共重合体中に、膜面に平行にラメラやシリンダーを配向させる方法を開示する。
"Spherulite formation from microphase-separated lamellae in semi-crystalline diblock copolymer comprising polyethylene and atactic polypropylene blocks"; M. Ueda, K. Sakurai, S. Okamoto, D. J. Lohse, W. J. MacKnight, S. Shinkai, S. Sakurai, S. Nomura (2003, Polymer, 44, pp. 6995 - 7005) "Synchrotron Small-Angle X-ray Scattering Studies on Flow-Induced Gyroid to Cylinder Transition in an Elastomeric SBS Triblock Copolymer"; S. Sakurai, T. Kota, D. Isobe, S. Okamoto, K. Sakurai, T. Ono, K. Imaizumi, S. Nomura (2004, J. Macromol. Sci., Physics, B43, pp. 1-11)
On the other hand, Non-Patent Documents 1 and 2 disclose a method of orienting a lamella or cylinder in a diblock copolymer or a triblock copolymer in parallel with the film surface using a flow field.
"Spherulite formation from microphase-separated lamellae in semi-crystalline diblock copolymer comprising polyethylene and atactic polypropylene blocks"; M. Ueda, K. Sakurai, S. Okamoto, DJ Lohse, WJ MacKnight, S. Shinkai, S. Sakurai, S. Nomura (2003, Polymer, 44, pp. 6995-7005) "Synchrotron Small-Angle X-ray Scattering Studies on Flow-Induced Gyroid to Cylinder Transition in an Elastomeric SBS Triblock Copolymer"; S. Sakurai, T. Kota, D. Isobe, S. Okamoto, K. Sakurai, T. Ono, K. Imaizumi, S. Nomura (2004, J. Macromol. Sci., Physics, B43, pp. 1-11)

また、所定の特性表面粗さ以上の基板上にブロック共重合体樹脂を載置し、該樹脂に熱処理することにより垂直配向ラメラ構造を有するブロック共重合体膜を作製する方法も知られている(特許文献3)。
特開2004−99667号公報
Also known is a method of producing a block copolymer film having a vertically aligned lamella structure by placing a block copolymer resin on a substrate having a predetermined characteristic surface roughness or more and heat-treating the resin. (Patent Document 3).
JP 2004-99667 A

しかしながら、特許文献3に記載の方法はラメラ構造を膜面に垂直に配向させる方法であって、得られた膜面内のラメラ構造の配列を規定できないという不都合があった。また、シリンダー構造の場合のように後加工によってナノポア(微細孔)を作り出すなどの応用がほとんどできない、という不都合があった。
そこで、以下のように、垂直配向シリンダー構造を付与するための検討も行われている。
However, the method described in Patent Document 3 is a method of orienting the lamella structure perpendicularly to the film surface, and has a disadvantage that the arrangement of the lamella structure in the obtained film surface cannot be defined. In addition, as in the case of a cylinder structure, there is a disadvantage that it is hardly possible to apply nanopores (micropores) by post-processing.
Therefore, studies for providing a vertically aligned cylinder structure have also been conducted as follows.

例えば、ポリスチレン−ポリメタクリル酸メチルジブロック共重合体膜を電極板上にキャストして、30〜40V/μmの直流電圧を165℃で14時間印加すると、ポリメタクリル酸メチルからなるシリンダーが垂直配向することが報告されている(非特許文献3)。しかしながら、得られるジブロック共重合体膜は、膜厚が1μm以下と極めて薄いものであるため、材料としての利用価値が小さかった。また、この方法によれば電場の印加という煩雑な処理を要するうえ、電場に応答しないポリマーに対してはこの方法を適用できなかった。
Ultrahigh-Density Nanowire Arrays Grown in Self-Assembled Diblock Copolymer Templates, T. Thurn-Albrecht, J. Schotter, G. A. Kaestle, N. Emley, T. Shibauchi, L. Krusin-Elbaum, K. Guarini, C. T. Black, M. T. Tuominen, and T. P. Russell, Science Dec 15 2000: 2126-2129
For example, when a polystyrene-polymethyl methacrylate diblock copolymer film is cast on an electrode plate and a DC voltage of 30 to 40 V / μm is applied at 165 ° C. for 14 hours, a cylinder made of polymethyl methacrylate is vertically aligned. It has been reported (Non-Patent Document 3). However, since the obtained diblock copolymer film has a very thin film thickness of 1 μm or less, its utility value as a material was small. Further, according to this method, a complicated process of applying an electric field is required, and this method cannot be applied to a polymer that does not respond to an electric field.
Ultrahigh-Density Nanowire Arrays Grown in Self-Assembled Diblock Copolymer Templates, T. Thurn-Albrecht, J. Schotter, GA Kaestle, N. Emley, T. Shibauchi, L. Krusin-Elbaum, K. Guarini, CT Black, MT Tuominen , and TP Russell, Science Dec 15 2000: 2126-2129

また、スチレンーメタクリル酸メチルのランダム共重合体をグラフトした後に、ポリスチレンーポリメタクリル酸メチルジブロック共重合体をキャストし、表面に垂直に立ったシリンダー構造を形成させる方法も知られている(非特許文献4)。しかしながら、この方法は煩雑であるのみならず、得られるジブロック共重合体膜は、膜厚が30nm以下と極めて薄いものであるため、材料としての利用価値が小さかった。また、シリンダーは垂直配向しているものの、膜面内で見た時の配列(シリンダーの断面の配置状態)はランダムであった。
K. Shin, K. A. Leach, J. T. Goldbach, D. H. Kim, J. Y. Jho, M. Tuominen, C. J. Hawker, T. P. Russell, Nano Letters, 2, 933 (2002)
In addition, a method of forming a cylinder structure standing perpendicular to the surface by casting a polystyrene-polymethyl methacrylate diblock copolymer after grafting a random copolymer of styrene-methyl methacrylate is also known ( Non-patent document 4). However, this method is not only complicated, but the diblock copolymer film obtained has an extremely thin film thickness of 30 nm or less, and thus has a low utility value as a material. In addition, although the cylinders were vertically oriented, the arrangement (arrangement of the cross section of the cylinder) when viewed in the film plane was random.
K. Shin, KA Leach, JT Goldbach, DH Kim, JY Jho, M. Tuominen, CJ Hawker, TP Russell, Nano Letters, 2, 933 (2002)

また、新規ポリシリケートを中間体とすることによって垂直配向メソポーラスシリカ膜を作成することが提案されている(特許文献4)。しかしながら、このような材料の場合は有機溶媒へ溶解させたり熱分解させることが困難であるため、ナノテンプレート等の鋳型用途としては不適であった。
特開2003−335516号公報
In addition, it has been proposed to prepare a vertically aligned mesoporous silica film by using a novel polysilicate as an intermediate (Patent Document 4). However, in the case of such a material, it is difficult to dissolve it in an organic solvent or to thermally decompose it, so that it is not suitable for use as a template such as a nano template.
JP 2003-335516 A

また、配向方向のそろったミクロ相分離構造膜を得るために、親水性ポリマー成分(A)及び疎水性ポリマー成分(B)からなるブロック共重合体における各ポリマー成分の分子量分布(Mw/Mn)を調整する方法が提案されている(特許文献5)。
しかしながら、この方法では、同文献に添付された電子顕微鏡写真から見ても膜厚はせいぜい数μm程度で極めて薄いため、実用的に要求される力学強度を満足した膜とは言い難いものしか得られない不都合があった。
特開2004−124088号公報
In addition, in order to obtain a microphase-separated structure film having a uniform alignment direction, the molecular weight distribution (Mw / Mn) of each polymer component in the block copolymer comprising the hydrophilic polymer component (A) and the hydrophobic polymer component (B) There has been proposed a method for adjusting (Patent Document 5).
However, in this method, even when viewed from the electron micrograph attached to this document, the film thickness is at most several μm and extremely thin, so that only a film that satisfies the practically required mechanical strength can be obtained. There was an inconvenience that was not possible.
JP 2004-124088 A

本発明者らは、所定のスチレン−エチレンブチレン−スチレントリブロック共重合体を用い、選択溶媒を用いた溶液キャスト法によって球状ミクロ相分離構造を形成させ、これを150℃の温度で10時間熱処理する方法を提案した(非特許文献5)。同文献には、上記熱処理によって、球状からシリンダー状のミクロ相分離構造へ転移したことが開示されている。
"スチレン−エチレンブチレン−スチレントリブロック共重合体フィルムの力学特性に与えるミクロ相分離構造の影響"; 楳田英雄、相田栄、櫻井伸一、北川裕一、須田義和、正本順三、野村春治(1997、日本レオロジー学会誌、Vol. 25, pp. 217-220)
The present inventors use a predetermined styrene-ethylenebutylene-styrene triblock copolymer to form a spherical microphase separation structure by a solution casting method using a selective solvent, and heat-treat this at a temperature of 150 ° C. for 10 hours. The method to do was proposed (nonpatent literature 5). This document discloses that the heat treatment has changed the shape from a spherical to a cylindrical microphase separation structure.
"Effect of Microphase Separation Structure on Mechanical Properties of Styrene-Ethylene Butylene-Styrene Triblock Copolymer Films"; Hideo Hamada, Sakae Aida, Shinichi Sakurai, Yuichi Kitagawa, Yoshikazu Suda, Junzo Masamoto, Haruji Nomura (1997) , Journal of the Japanese Society of Rheology, Vol. 25, pp. 217-220)

しかしながら、同文献においては、球が合体してシリンダーが形成する際、シリンダーが膜面に対していかなる方向に存在しているかについては未確認であった。そこで、本発明者らが同文献に記載の方法を追試したところ、垂直配向が確認されたものの、配向角度の乱れは±9°であることが判った。垂直配向性を利用して高機能性を発現する場合には、配向角度の乱れが大きいと不十分である場合が多い。
そこで、本発明者らは、上記技術的な問題点を克服して、配向角度の乱れが小さい垂直配向シリンダー材料を作製すべく鋭意検討を行った結果、配向角度の乱れの小さな垂直配向を得ることに成功した。
However, in the same document, it has not been confirmed in which direction the cylinder is present with respect to the film surface when the spheres coalesce to form the cylinder. Therefore, when the present inventors re-examined the method described in the document, it was found that although the vertical alignment was confirmed, the disorder of the alignment angle was ± 9 °. When high functionality is expressed by utilizing the vertical orientation, it is often insufficient when the orientation angle is largely disturbed.
Therefore, the present inventors have made extensive studies to overcome the above technical problems and produce a vertically aligned cylinder material with a small orientation angle disturbance, and as a result, obtain a vertical alignment with a small orientation angle disturbance. Succeeded.

本発明は、前記従来技術における不都合を解決し、膜表面に対して±9°未満の乱れで垂直配向したシリンダー構造を有するブロック共重合体膜、該ブロック共重合体膜を簡便に製造する方法を提供することを課題とする。   The present invention solves the disadvantages in the prior art, and a block copolymer film having a cylinder structure vertically aligned with a disturbance of less than ± 9 ° with respect to the film surface, and a method for easily producing the block copolymer film It is an issue to provide.

本発明は、膜厚が0.1μm〜50mmであって、膜表面に対して垂直方向に配向し、かつ2次元小角X線散乱測定による半値半幅によって規定される、垂直配向に対する配向角度の乱れの絶対値が9°未満であるシリンダー構造を有するブロック共重合体膜に関する。
更に、本発明は、ブロック共重合体から形成されるミクロ相分離構造における球構造を、膜面に垂直な方向に合体させてシリンダー構造へ転移させることを含んで成る膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有するブロック共重合体膜の製造方法に関する。
The present invention has a film thickness of 0.1 μm to 50 mm, is oriented in the direction perpendicular to the film surface, and is disordered in the orientation angle with respect to the vertical orientation defined by the half width at half maximum by two-dimensional small-angle X-ray scattering measurement. Relates to a block copolymer film having a cylinder structure with an absolute value of less than 9 °.
Furthermore, the present invention relates to a direction perpendicular to the membrane surface comprising merging a spherical structure in a microphase-separated structure formed from a block copolymer into a cylinder structure by merging in a direction perpendicular to the membrane surface. The present invention relates to a method for producing a block copolymer film having a cylindrical structure oriented in the direction.

本発明によれば、膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有するブロック共重合体膜を簡便に製造することができる。
また、本発明によれば、これまで実現できなかったシリンダーの垂直配向を簡単で低コストの方法で実現できる。すなわち、本発明の方法は、シリンダーの垂直配向化を行うために電場印加や温度勾配の付与、あるいはゾーン加熱などの煩雑な操作を要さず、極めて簡単かつ低コストの方法と言える。
従って、本発明に従うと、広範な分野における高機能材料の設計が可能となる。高機能材料の例としては、ナノワイヤー、ナノスタンプ、ナノポーラス材料、ナノポーラス中空糸、ナノポーラスチューブ等が挙げられる。また、かかる高機能材料は、例えば電子情報記録媒体、光学位相差フィルム等の高機能光学材料、吸着剤、ナノ反応場膜、触媒、高機能膜(ナノ反応場、触媒、分離膜)、高機能中空糸、高機能チューブ、ナノテンプレート、ナノモールドなどの用途に使用し得る。
According to the present invention, a block copolymer film having a cylinder structure oriented in a direction perpendicular to the film surface can be easily produced.
Further, according to the present invention, the vertical alignment of the cylinder, which has not been realized so far, can be realized by a simple and low-cost method. That is, the method of the present invention can be said to be an extremely simple and low-cost method without requiring a complicated operation such as application of an electric field, application of a temperature gradient, or zone heating in order to achieve vertical alignment of the cylinder.
Therefore, according to the present invention, it is possible to design highly functional materials in a wide range of fields. Examples of highly functional materials include nanowires, nanostamps, nanoporous materials, nanoporous hollow fibers, nanoporous tubes, and the like. Such high-functional materials include, for example, high-performance optical materials such as electronic information recording media and optical retardation films, adsorbents, nano-reaction field membranes, catalysts, high-function membranes (nano-reaction fields, catalysts, separation membranes), high-performance materials. It can be used for applications such as functional hollow fibers, high performance tubes, nano templates, and nano molds.

本発明のブロック共重合体膜を構成するブロック共重合体は、本発明の目的を逸脱しない限り何ら限定されず、従来公知のいかなるブロック共重合体も使用し得る。ブロック共重合体のブロック構造としては、AB型、A(BA)n型(ここで、nは自然数を表し、好ましくはn=1〜3である。)、A(BAB)m、(mは自然数を表し、好ましくはm=1〜2である。)の直鎖状ブロック共重合体や、(AB)pX(但し、pは自然数を表し、好ましくはp=3〜5である。Xは枝分かれを生じる多官能性官能基(原子団)を表す。)で表示される、B部分を結合中心とする星型ブロック共重合体が挙げられる。このなかでも、分岐や湾曲のない明確なシリンダーを形成させるためには、AB型又はABA型のブロック共重合体が好ましく、とりわけ、ABA型のトリブロック共重合体が好ましい。また、上記のブロック共重合体の2種以上をブレンドして使用しても構わない。   The block copolymer constituting the block copolymer film of the present invention is not limited at all without departing from the object of the present invention, and any conventionally known block copolymer can be used. As the block structure of the block copolymer, AB type, A (BA) n type (where n represents a natural number, preferably n = 1 to 3), A (BAB) m, (m is A linear block copolymer represented by a natural number, preferably m = 1 to 2, and (AB) pX (where p represents a natural number, preferably p = 3 to 5. X is And a star block copolymer having a B moiety as a bond center, represented by a multifunctional functional group (atomic group) that causes branching. Among these, in order to form a clear cylinder without branching or bending, an AB type or ABA type block copolymer is preferable, and an ABA type triblock copolymer is particularly preferable. Moreover, you may blend and use 2 or more types of said block copolymer.

また、上記の1種以上のブロック共重合体へ、各ブロックを構成する成分(例えばA成分及び/又はB成分)からなるホモポリマーを更にブレンドして、本発明のブロック共重合体膜を構成することもできる。   Further, the block copolymer film of the present invention is formed by further blending the above one or more block copolymers with a homopolymer comprising components constituting each block (for example, component A and / or component B). You can also

本発明におけるブロック共重合体は、2種以上の、より好ましくは2種の繰り返しモノマー単位から成り、少なくとも1種の繰り返しモノマー単位Aから形成されるブロック鎖(ポリマー成分)は通常のキャスト温度に相当する23℃でガラス状態であることが、非平衡モルホロジーをガラス化によって凍結(固定化)することが容易であるため好ましい。また、本発明のある実施態様においては、他の少なくとも1種の繰り返しモノマー単位Bから形成されるポリマー成分は、23℃でゴム状態であることが好ましい。
上記の繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分(ガラス成分)と上記の繰り返しモノマー単位Bから形成されるポリマー成分(例えばゴム成分)の体積分率は、いずれかを0.1〜0.4とすることが、シリンダー構造を形成させるために有効であって好ましく、体積分率の小さな成分がシリンダー構造を、体積分率の大きな成分がマトリックス相を、それぞれ形成し得る。上記の体積分率は、0.11〜0.35とすることがより好ましく、0.12〜0.3が更に好ましく、0.13〜0.25が特に好ましい。繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分(ガラス成分)のブロック共重合体に対する体積分率を0.1〜0.4とすることが、シリンダー構造を形成させ易いためより好ましく、0.11〜0.35とすることがより好ましく、0.12〜0.3が更に好ましく、0.13〜0.25が特に好ましく、0.15〜0.24とすることが最も好ましい。
The block copolymer in the present invention is composed of two or more types, more preferably two types of repeating monomer units, and the block chain (polymer component) formed from at least one type of repeating monomer units A is at a normal casting temperature. A glassy state at 23 ° C. is preferable because it is easy to freeze (fix) the non-equilibrium morphology by vitrification. In one embodiment of the present invention, the polymer component formed from at least one other repeating monomer unit B is preferably in a rubbery state at 23 ° C.
The volume fraction of the polymer component (glass component) formed from the above repeating monomer unit A and the polymer component (for example, rubber component) formed from the above repeating monomer unit B is any of 0.1 to 0.4. It is effective and preferable for forming a cylinder structure, and a component having a small volume fraction can form a cylinder structure, and a component having a large volume fraction can form a matrix phase. The volume fraction is more preferably 0.11 to 0.35, further preferably 0.12 to 0.3, and particularly preferably 0.13 to 0.25. It is more preferable that the volume fraction of the polymer component (glass component) formed from the repeating monomer unit A with respect to the block copolymer is 0.1 to 0.4 because it is easy to form a cylinder structure. 0.35 is more preferable, 0.12 to 0.3 is still more preferable, 0.13 to 0.25 is particularly preferable, and 0.15 to 0.24 is most preferable.

繰り返しモノマー単位から形成されるブロック鎖(ポリマー成分)がガラス状態とゴム状態のいずれであるか、並びに該ポリマー成分のガラス転移温度については、ガラス転移温度の一般的な測定方法、例えば、示差走査熱量分析(DSC)、動的粘弾性測定などによって確認することができる。   As to whether the block chain (polymer component) formed from repeating monomer units is in a glass state or a rubber state, and the glass transition temperature of the polymer component, a general method for measuring the glass transition temperature, for example, differential scanning. It can be confirmed by calorimetric analysis (DSC) or dynamic viscoelasticity measurement.

本発明においては、ブロック鎖は、熱力学的平衡ないしは準平衡状態でシリンダー構造を形成し得る組成を有することが重要である。また、ブロック鎖は、後述する選択溶媒を用いることによって容易に球構造が形成される組成であることも重要である。このような観点から、繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分(ガラス成分)のブロック共重合体に対する体積分率は0.1〜0.4とすることが好ましく、0.11〜0.35とすることがより好ましく、0.12〜0.3が更に好ましく、0.13〜0.25が特に好ましく、0.15〜0.24とすることが最も好ましい。AB型又はABA型のブロック共重合体を用いる場合、繰り返しモノマー単位Bから形成されるポリマー成分(例えばゴム成分)のブロック共重合体に対する体積分率は0.9〜0.6とすることが好ましく、0.89〜0.65とすることがより好ましく、0.88〜0.7が更に好ましく、0.87〜0.75が特に好ましく、0.85〜0.76とすることが最も好ましい。繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分が、本発明のブロック共重合体膜中でシリンダー構造を構成することが好ましい。   In the present invention, it is important that the block chain has a composition capable of forming a cylinder structure in a thermodynamic equilibrium or quasi-equilibrium state. It is also important that the block chain has a composition that allows a spherical structure to be easily formed by using a selective solvent described later. From such a viewpoint, the volume fraction of the polymer component (glass component) formed from the repeating monomer unit A with respect to the block copolymer is preferably 0.1 to 0.4, and preferably 0.11 to 0.35. More preferably, 0.12 to 0.3 is more preferable, 0.13 to 0.25 is particularly preferable, and 0.15 to 0.24 is most preferable. When the AB type or ABA type block copolymer is used, the volume fraction of the polymer component (for example, rubber component) formed from the repeating monomer unit B with respect to the block copolymer may be 0.9 to 0.6. Preferably, 0.89 to 0.65 is more preferable, 0.88 to 0.7 is further preferable, 0.87 to 0.75 is particularly preferable, and 0.85 to 0.76 is most preferable. preferable. The polymer component formed from the repeating monomer unit A preferably constitutes a cylinder structure in the block copolymer film of the present invention.

前記の2種以上の繰り返しモノマー単位は、芳香族ビニル及び部分的に或いは完全に水素添加された共役ジエンであることが、非平衡モルホロジーを形成させ易いため好ましい。
このような芳香族ビニルのベースとなる単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、o−エチルスチレン、o−クロロスチレン、p−クロロスチレン、o,p−ジクロロスチレン、p−ブロモスチレン、2,4,5−トリブロモスチレンなどが挙げられる。これらの中でもスチレンが、最も安価に入手が可能であり特に好ましい。
また、本発明における共役ジエンは、同一分子内に共役二重結合を有する単量体に起因するものであり、共役ジエンのベースとなる単量体は特に限定されない。共役ジエンは、重合体分子の主鎖中に組み込まれる場合(1−4結合)と分岐鎖中に組み込まれる場合(1−2結合)とがあるが、重合体分子中での両者の比率は特に限定されない。共役ジエンのベースとなる単量体としては、ブタジエン、イソプレン、スチレン−ブタジエンランダムコポリマーが好適である。本発明において、繰り返しモノマー単位としての部分的に或いは完全に水素添加された共役ジエンは、共役ジエン系ポリマーの通常の水添法(例えば、特開昭62-207303号公報を参照)によって、ブロック共重合体中に導入することができる。
本発明においては、芳香族ビニル単位はスチレンに由来する単位であり、部分的に或いは完全に水素添加された共役ジエンの単位はブタジエンに由来する単位であることが特に好ましい。
The two or more types of repeating monomer units are preferably aromatic vinyl and a conjugated diene partially or completely hydrogenated because it is easy to form a nonequilibrium morphology.
Such aromatic vinyl base monomers include styrene, α-methylstyrene, p-methylstyrene, vinyltoluene, t-butylstyrene, o-ethylstyrene, o-chlorostyrene, p-chlorostyrene. O, p-dichlorostyrene, p-bromostyrene, 2,4,5-tribromostyrene, and the like. Among these, styrene is particularly preferable because it is available at the lowest cost.
Further, the conjugated diene in the present invention originates from a monomer having a conjugated double bond in the same molecule, and the monomer serving as the base of the conjugated diene is not particularly limited. The conjugated diene may be incorporated into the main chain of the polymer molecule (1-4 bond) or incorporated into the branched chain (1-2 bond), but the ratio of both in the polymer molecule is There is no particular limitation. As the monomer used as the base of the conjugated diene, butadiene, isoprene, and styrene-butadiene random copolymer are suitable. In the present invention, a partially or completely hydrogenated conjugated diene as a repeating monomer unit is blocked by a conventional hydrogenation method of a conjugated diene polymer (for example, see JP-A-62-207303). It can be introduced into the copolymer.
In the present invention, the aromatic vinyl unit is a unit derived from styrene, and the unit of the conjugated diene partially or completely hydrogenated is particularly preferably a unit derived from butadiene.

本発明におけるブロック共重合体は、ミクロ相分離することが少なくとも可能な分子量以上であって、かつ、熱力学的平衡ないしは準平衡状態を達成しやすい程度の分子量を有することが重要である。このような観点から、数平均分子量は1万〜100万の範囲であることが好ましい。数平均分子量は2万以上であることがより好ましく、3万以上であることが更に好ましく、5万以上であることが特に好ましい。また、数平均分子量は75万以下であることがより好ましく、50万以下であることが更に好ましく、20万以下であることが特に好ましい。   It is important that the block copolymer of the present invention has a molecular weight that is at least greater than the molecular weight at which microphase separation is possible and that it is easy to achieve a thermodynamic equilibrium or quasi-equilibrium state. From such a viewpoint, the number average molecular weight is preferably in the range of 10,000 to 1,000,000. The number average molecular weight is more preferably 20,000 or more, further preferably 30,000 or more, and particularly preferably 50,000 or more. The number average molecular weight is more preferably 750,000 or less, further preferably 500,000 or less, and particularly preferably 200,000 or less.

本発明のブロック共重合体膜は、膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有している。すなわち、本発明の重要な特徴は、ブロック共重合体膜がシリンダー構造を有し、しかもシリンダー構造が膜表面に対して垂直方向に配向していることを含む。ブロック共重合体膜にこのような特徴を付与することにより、前記したように、広範な材料分野での高機能材料の設計が可能となる。
本発明の別の重要な特徴は、その膜厚が0.1μm〜50mmという特定の範囲にあることである。後述する本発明の製造方法を採用することにより、従来得ることのできなかった、前記の各高機能材料に好適で、より実用的な比較的膜厚の大きなブロック共重合体膜を製造することが可能となった。膜厚は、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは10μm以上、特に好ましくは0.1mm以上である。また、膜厚は、30mm以下であることが好ましく、より好ましくは10mm以下、更に好ましくは5mm以下である。
The block copolymer film of the present invention has a cylinder structure oriented in a direction perpendicular to the film surface. That is, an important feature of the present invention includes that the block copolymer film has a cylinder structure and the cylinder structure is oriented in a direction perpendicular to the film surface. By imparting such a feature to the block copolymer film, it is possible to design a highly functional material in a wide range of materials as described above.
Another important feature of the present invention is that the film thickness is in a specific range of 0.1 μm to 50 mm. By adopting the production method of the present invention described later, a block copolymer film suitable for each of the above-mentioned highly functional materials, which could not be obtained in the past, and more practical and relatively thick is manufactured. Became possible. The film thickness is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, still more preferably 10 μm or more, and particularly preferably 0.1 mm or more. Moreover, it is preferable that a film thickness is 30 mm or less, More preferably, it is 10 mm or less, More preferably, it is 5 mm or less.

本発明において、膜厚の測定は、そのサイズ範囲に応じて適切な方法を選択して行い得る。例えば、X線や中性子線の反射率測定(100nm程度以下)、原子間力顕微鏡(1μm程度以下)、エリプソメトリー(1μm程度以下)、光学顕微鏡(10μm程度以上)などが挙げられる。   In the present invention, the film thickness can be measured by selecting an appropriate method according to the size range. For example, X-ray or neutron reflectivity measurement (about 100 nm or less), atomic force microscope (about 1 μm or less), ellipsometry (about 1 μm or less), optical microscope (about 10 μm or more), and the like can be mentioned.

本発明においては、膜厚と後述する配向角度の乱れが相互に密接に関係し、両者について本発明に規定する構成を同時に満足することが、極めて重要である。即ち、垂直配向したシリンダーが膜を貫くための条件として配向角度の乱れを規定する際、膜厚に対して考慮を行うことが肝要である。例えば、膜厚が大きい場合には、配向角度の乱れを小さくしないと、垂直配向したシリンダーが膜を貫通しない。より具体的には、配向角度の乱れの絶対値の所定値(例えば9°)より小さいという条件は、実用に耐える十分な力学的強度を有する所定の膜厚(例えば10μm)以上の膜に対して重要な条件であり得る。   In the present invention, it is extremely important that the film thickness and the disorder of the orientation angle, which will be described later, are closely related to each other, and that both satisfy the configuration defined in the present invention. In other words, it is important to consider the film thickness when defining the disorder of the orientation angle as a condition for the vertically aligned cylinder to penetrate the film. For example, when the film thickness is large, the vertically aligned cylinder does not penetrate the film unless the disturbance of the orientation angle is reduced. More specifically, the condition that the absolute value of the disorder of the orientation angle is smaller than a predetermined value (for example, 9 °) is that a film having a predetermined film thickness (for example, 10 μm) or more having sufficient mechanical strength to withstand practical use. Can be an important condition.

本発明においては、膜表面でのシリンダー配向の乱れを低減させるという観点から、シリンダー構造の垂直配向に対する配向角度の乱れ(2次元小角X線散乱測定による半値半幅によって規定される)の絶対値は9°未満である。配向角度の乱れは、2次元小角X線散乱(SAXS)の測定を行った際に得られるエッジ像、即ち、膜の側面から膜面に平行にX線を入射して測定した場合に得られる2次元散乱パターン(Edge View Pattern)、の1次反射ピーク強度を方位角に対してプロットしたとき、方位角が配向角180°に一致する最大ピーク強度から半減した際の配向角の変化量と定義される。従って、ある主軸方向にシリンダーが配向している場合、その方位角の位置(垂直方向の場合は180°)が最大値となるようなピーク強度が現れるため、このピークの半値幅の半分(半値半幅)をもって配向角度の乱れとする。配向角度の乱れの絶対値は7°以下であることがより好ましく、更には6°以下であること、特に5°以下であることが好ましい。現実的に達成可能な配向角度の乱れの絶対値の下限は2.5°程度である。
また、本発明のブロック共重合体膜において、シリンダー構造は、六方格子上に配列していることが、垂直配向したシリンダーの充填本数を最大にするという観点から好ましい。
In the present invention, from the viewpoint of reducing the disorder of cylinder orientation on the film surface, the absolute value of the orientation angle disorder (defined by the half-width at half maximum by two-dimensional small-angle X-ray scattering measurement) with respect to the vertical orientation of the cylinder structure is It is less than 9 °. Disturbance of the orientation angle is obtained when measuring an edge image obtained when measuring two-dimensional small-angle X-ray scattering (SAXS), that is, when X-rays are incident parallel to the film surface from the film side surface. When the primary reflection peak intensity of the two-dimensional scattering pattern (Edge View Pattern) is plotted against the azimuth angle, the amount of change in the orientation angle when the azimuth angle is halved from the maximum peak intensity corresponding to the orientation angle of 180 ° Defined. Therefore, when the cylinder is oriented in a certain principal axis direction, the peak intensity appears at the maximum value at the azimuth angle position (180 ° in the vertical direction). (Half width) is regarded as disorder of the orientation angle. The absolute value of the disorder of the orientation angle is more preferably 7 ° or less, further 6 ° or less, and particularly preferably 5 ° or less. The lower limit of the absolute value of the disorder of the orientation angle that can be realistically achieved is about 2.5 °.
In the block copolymer film of the present invention, the cylinder structure is preferably arranged on a hexagonal lattice from the viewpoint of maximizing the number of vertically aligned cylinders.

本発明のブロック共重合体膜において、シリンダー構造は、直径が3〜50nmのシリンダーから成ることが、記憶媒体としての格納可能な情報量の増大のためには欠かせない磁性体ナノドット数密度の向上、分離機能の高性能化、ナノ反応場(触媒)の表面積を増大させる点から好ましい。シリンダーの直径は3〜20nmであることがより好ましい。また、そのようなシリンダーは、好ましくは5〜120nm、より好ましくは5〜50nmの距離で配列していることが、垂直配向したシリンダーの充填本数を最大にするという観点から好ましい。シリンダー径及びシリンダー間の距離は、透過型電子顕微鏡観察、小角X線散乱法などによって測定し得る。
本発明のブロック共重合体膜において、シリンダー構造を構成する成分は、前記のとおり、繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分であること、すなわち23℃でガラス状態のポリマー成分であることが好ましい。
In the block copolymer film of the present invention, the cylinder structure is composed of a cylinder having a diameter of 3 to 50 nm, and the magnetic nanodot number density is indispensable for increasing the amount of information that can be stored as a storage medium. It is preferable from the viewpoint of improving, improving the performance of the separation function, and increasing the surface area of the nanoreaction field (catalyst). The diameter of the cylinder is more preferably 3 to 20 nm. Further, such cylinders are preferably arranged at a distance of 5 to 120 nm, more preferably 5 to 50 nm, from the viewpoint of maximizing the number of vertically aligned cylinders. The cylinder diameter and the distance between the cylinders can be measured by observation with a transmission electron microscope, a small-angle X-ray scattering method, or the like.
In the block copolymer film of the present invention, the component constituting the cylinder structure is preferably a polymer component formed from repeated monomer units A as described above, that is, a polymer component in a glassy state at 23 ° C. .

次に、本発明のブロック共重合体膜を製造する好ましい方法について詳述する。
本発明のブロック共重合体膜の製造においては、特別な溶媒を用いたブロック共重合体試料の調整と精密な温度制御による熱処理が重要である。この際、特定のブロック共重合体試料と特定の選択溶媒を組み合わせて使用することが、特に重要である。
シリンダー状ミクロ相分離構造を本質的に形成し得るブロック共重合体試料(例えば、スチレン−エチレンブチレン−スチレントリブロック共重合体:SEBS)を用いて、以下に説明する特別な方法によって球状ミクロ相分離構造を形成させる。これを、ブロック共重合体中のガラス成分(この場合、ポリスチレン成分)のガラス転移温度以上の温度、好適にはシリンダーを構成するポリマー成分のガラス転移温度より100℃以上高い温度で、精密に(好適には、±1℃の温度精度で)、かつ、熱処理試料の温度が均一となるように熱処理を行うことによって、球構造を合体させてシリンダー構造に変化させることができ、しかも、シリンダーを膜面に対して垂直に配向させることができる。
Next, a preferred method for producing the block copolymer film of the present invention will be described in detail.
In the production of the block copolymer film of the present invention, preparation of a block copolymer sample using a special solvent and heat treatment by precise temperature control are important. In this case, it is particularly important to use a specific block copolymer sample in combination with a specific selective solvent.
Using a block copolymer sample (for example, styrene-ethylenebutylene-styrene triblock copolymer: SEBS) that can essentially form a cylindrical microphase-separated structure, a spherical microphase is obtained by a special method described below. A separation structure is formed. This is precisely performed at a temperature higher than the glass transition temperature of the glass component (in this case, polystyrene component) in the block copolymer, preferably at a temperature 100 ° C. higher than the glass transition temperature of the polymer component constituting the cylinder ( Preferably, the heat treatment is performed so that the temperature of the heat treatment sample is uniform, and the spherical structure can be united and changed into a cylinder structure. It can be oriented perpendicular to the film surface.

その特別な方法には、前記のブロック共重合体試料を選択溶媒(この場合、例えばヘプタン)に溶解させることが含まれる。例えば、ブロック共重合体としてSEBSを使用する場合、ヘプタンは、ポリエチレンブチレン成分を溶解させる能力はあるが、ポリスチレンを溶解させる能力が低い。このような選択溶媒を溶媒として用い所定のポリマー濃度(好ましくは1〜5重量%)となるように調整すると、溶液中ではポリエチレンブチレン相中へ過剰に溶媒が分布する。このため、溶液中では、本来の試料の組成よりもポリエチレンブチレン相を過大に、ポリスチレン相を過小にすることが可能となる。その結果、溶液中ではポリスチレン相は球構造(球状ドメイン)を形成するようになる。この状態から溶媒を徐々に蒸発させるとポリマー濃度が上昇し、やがてポリスチレン相がガラス化して球構造が凍結される。球構造はこの段階まで保持されているので、その後、溶媒が完全に蒸発して得られるキャストフィルム中に、本来形成されるはずのない球構造が凍結される。   The special method includes dissolving the block copolymer sample in a selective solvent (eg, heptane in this case). For example, when SEBS is used as the block copolymer, heptane has the ability to dissolve the polyethylene butylene component but has a low ability to dissolve polystyrene. When such a selective solvent is used as a solvent and adjusted to a predetermined polymer concentration (preferably 1 to 5% by weight), the solvent is excessively distributed in the polyethylene butylene phase in the solution. Therefore, in the solution, it is possible to make the polyethylene butylene phase excessive and the polystyrene phase excessively smaller than the original composition of the sample. As a result, the polystyrene phase forms a spherical structure (spherical domain) in the solution. When the solvent is gradually evaporated from this state, the polymer concentration increases, and the polystyrene phase is vitrified and the sphere structure is frozen. Since the spherical structure is maintained up to this stage, the spherical structure that should not originally be formed is frozen in the cast film obtained by completely evaporating the solvent.

ここで、熱処理は精密な温度制御下に行うことが重要である。例えば、ポリスチレンのガラス転移温度以上の温度(例えば、150℃)で、好適にはシリンダーを構成するポリマー成分のガラス転移温度より80℃以上高い温度、より好適には90℃以上高い温度、更に好適には100℃以上高い温度、特に好適には100℃以上高い温度で、精密に(好適には±1℃、より好適には±0.5℃の温度精度で)、所定時間(例えば、10時間)、例えばシリコーンオイルバス中で、温度むらや温度勾配が生じないように、可能な限り均一な温度分布を達成するように熱処理を行う。その結果、球構造が合体してシリンダー構造に変化し、しかも膜面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造が形成される。合体する前の構造は、体心立方格子を組む球構造であることが、シリンダーへの転移の容易さの点から好ましい。また、合体する前の構造は、膜厚方向に収縮したような歪んだ異方的体心立方格子を組む球構造であることが垂直配向の配向角度の乱れを低減させる点から好ましい。   Here, it is important to perform the heat treatment under precise temperature control. For example, the temperature is higher than the glass transition temperature of polystyrene (for example, 150 ° C.), preferably higher than the glass transition temperature of the polymer component constituting the cylinder by 80 ° C. or higher, more preferably higher by 90 ° C. or higher. Is a temperature higher than 100 ° C., particularly preferably higher than 100 ° C., precisely (preferably with a temperature accuracy of ± 1 ° C., more preferably with a temperature accuracy of ± 0.5 ° C.) for a predetermined time (for example, 10 Time), for example, in a silicone oil bath, heat treatment is performed so as to achieve as uniform a temperature distribution as possible so as not to cause uneven temperature and temperature gradient. As a result, the spherical structure is united to be changed into a cylinder structure, and a cylinder structure oriented in a direction perpendicular to the film surface is formed. The structure before merging is preferably a spherical structure that forms a body-centered cubic lattice from the viewpoint of easy transfer to the cylinder. Further, it is preferable that the structure before merging is a spherical structure in which a distorted anisotropic body-centered cubic lattice that is contracted in the film thickness direction is assembled, from the viewpoint of reducing disorder of the orientation angle of vertical alignment.

従って、本発明はまた、ブロック共重合体から形成されるミクロ相分離構造を、膜面に垂直な方向に合体させてシリンダー構造へ転移させることを含んで成る、膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有するブロック共重合体膜の製造方法にも関する。かかる製造方法において、球状ミクロ相分離構造からシリンダー構造への転移は、該ブロック共重合体の自己組織化能力によって生じることが好ましい。
また、本発明は、前記のブロック共重合体膜の製造方法であって、
(a)ブロック共重合体に選択溶媒を添加してポリマー溶液を形成し、
(b)次いで、該ポリマー溶液から該選択溶媒を除去することによって非平衡モルホロジーを有するアズキャスト膜を形成し、
(c)該アズキャスト膜に熱処理を施すことによってシリンダー構造を形成させる、
ことを含んで成る方法に関する。
Accordingly, the present invention also provides a microphase-separated structure formed from a block copolymer that is merged in a direction perpendicular to the film surface and transferred to a cylinder structure in a direction perpendicular to the film surface. The present invention also relates to a method for producing a block copolymer film having an oriented cylinder structure. In such a production method, the transition from the spherical microphase separation structure to the cylinder structure is preferably caused by the self-organization ability of the block copolymer.
Further, the present invention is a method for producing the block copolymer film,
(A) adding a selective solvent to the block copolymer to form a polymer solution;
(B) then forming an as-cast membrane having a nonequilibrium morphology by removing the selective solvent from the polymer solution;
(C) forming a cylinder structure by subjecting the as-cast film to a heat treatment;
Relates to a method comprising:

ここで、選択溶媒とは、ある種類のポリマー成分に対しては選択的良溶媒に該当し、かつ他の種類のポリマー成分に対しては選択的貧溶媒に該当する溶媒をいう。また、非平衡モルホロジーとは、ブロック共重合体単独(溶媒や添加剤など一切含まないもの)で、ガラス転移温度以上において安定に存在するミクロ相分離構造の形態以外の形態を指す。
また、ポリマー溶液から該選択溶媒を除去する場合には、ポリマー溶液を濃縮して完全に選択溶媒を蒸発させて絶乾アズキャスト膜とすることが好ましい。
Here, the selective solvent refers to a solvent that corresponds to a selective good solvent for a certain type of polymer component and corresponds to a selective poor solvent for another type of polymer component. The non-equilibrium morphology refers to a form other than the form of the microphase separation structure that is a block copolymer alone (not including any solvent or additive) and stably exists above the glass transition temperature.
Moreover, when removing this selective solvent from a polymer solution, it is preferable to concentrate a polymer solution and to completely evaporate a selective solvent to make an absolutely dry as-cast membrane.

前記方法において、シリンダーを形成させるポリマー成分に対しては選択的貧溶媒に相当し、マトリックスを形成させるポリマー成分に対しては選択的良溶媒に相当する溶媒を用いることが好ましい。
ここで、繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分(ガラス成分)に対しては選択的貧溶媒に相当し、他の少なくとも1種の繰り返しモノマー単位Bから形成されるポリマー成分(例えばゴム成分)に対しては選択的良溶媒に相当する溶媒を用いることが好ましい。ここで、選択的良溶媒とは、溶解性パラメータ(Solubility Parameter)δを用いた下記式:
(δsolvent−δpolymer)/δsolvent
から得られる値の絶対値が0.1より小さい溶媒をいい、選択的貧溶媒とは、前記値の絶対値が0.1より大きい溶媒をいう。溶解性パラメータδの測定方法、並びに代表的なポリマー及び溶媒に対する実測値については、例えば、ポリマーハンドブック(ポリマーハンドブック、第3版、J. Brandrup & E. H. Immergut編、Wiley、ニューヨーク、1989年)などに記載されている。
また、溶媒として、ブロック共重合体に対する共通溶媒に相当する1種以上の溶媒を更に含む混合溶媒を用いることが、ポリマー試料を均一に溶解させる点から好ましい。このような更なる溶媒としては、例えば塩化メチレンなどを挙げることができる。
In the above-mentioned method, it is preferable to use a solvent corresponding to a selective poor solvent for the polymer component forming the cylinder and a solvent corresponding to the selective good solvent for the polymer component forming the matrix.
Here, the polymer component (glass component) formed from the repeating monomer unit A corresponds to a selective poor solvent, and the polymer component (for example, rubber component) formed from at least one other repeating monomer unit B. It is preferable to use a solvent corresponding to a selective good solvent. Here, the selective good solvent means the following formula using a solubility parameter δ:
solvent −δ polymer ) / δ solvent
The absolute value of the value obtained from the above means a solvent smaller than 0.1, and the selective poor solvent means a solvent whose absolute value is larger than 0.1. For the method of measuring the solubility parameter δ and the measured values for typical polymers and solvents, see, for example, the Polymer Handbook (Polymer Handbook, 3rd edition, edited by J. Brandrup & EH Immergut, Wiley, New York, 1989). Are listed.
Further, it is preferable to use a mixed solvent further containing one or more solvents corresponding to the common solvent for the block copolymer as the solvent, from the viewpoint of uniformly dissolving the polymer sample. Examples of such a further solvent include methylene chloride.

前記の熱処理を、アズキャスト膜中で球構造を構成するポリマー成分のガラス転移温度以上の温度で施すことが、膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有するブロック共重合体膜を得るために有効である。   When the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature of the polymer component constituting the spherical structure in the as-cast film, a block copolymer film having a cylinder structure oriented in a direction perpendicular to the film surface is obtained. It is effective for.

本発明に従うと、前記のとおり、広範な分野における高機能材料の設計が可能となる。高機能材料の例としては、ナノワイヤー、ナノスタンプ、ナノポーラス材料、ナノポーラス中空糸、ナノポーラスチューブ等が挙げられる。また、かかる高機能材料は、例えば電子情報記録媒体、光学位相差フィルム等の高機能光学材料、吸着剤、ナノ反応場膜、触媒、高機能膜(ナノ反応場、触媒、分離膜)、高機能中空糸、高機能チューブ、ナノテンプレート、ナノモールドなどの用途に使用し得る。
本発明において、光学材料には、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ELディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、リアプロジェクションテレビ等のディスプレイに用いられる偏光板保護フィルム、1/4波長板や1/2波長板などの位相差板、視野角制御フィルム等の液晶光学補償フィルム、ディスプレイ全面板、ディスプレイ基盤、レンズなど、また、太陽電池等に用いられる透明基盤などが含まれる。本発明のブロック共重合体膜は、これらの光学材料に特に好適に使用し得る。
According to the present invention, as described above, high-performance materials can be designed in a wide range of fields. Examples of highly functional materials include nanowires, nanostamps, nanoporous materials, nanoporous hollow fibers, nanoporous tubes, and the like. Such high-functional materials include, for example, high-performance optical materials such as electronic information recording media and optical retardation films, adsorbents, nano-reaction field membranes, catalysts, high-function membranes (nano-reaction fields, catalysts, separation membranes), high-performance materials. It can be used for applications such as functional hollow fibers, high performance tubes, nano templates, and nano molds.
In the present invention, the optical material includes a polarizing plate protective film, a quarter-wave plate, a half-wave plate and the like used for a display such as a liquid crystal display, a plasma display, an organic EL display, a field emission display, and a rear projection television. A retardation plate, a liquid crystal optical compensation film such as a viewing angle control film, a display entire surface plate, a display substrate, a lens, and a transparent substrate used for a solar cell or the like are included. The block copolymer film of the present invention can be particularly suitably used for these optical materials.

例えば、本発明のブロック共重合体膜中に形成されたシリンダー構造を分解または溶解によって空孔化させ、ナノポーラス材料を得ることが可能である。分解方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用し得るが、例えば、イオンビームエッチングやオゾン分解処理などの方法が推奨される。また、溶解方法についても特に限定されず、従来公知の方法を採用し得るが、例えば、シリンダーまたはマトリックスを形成するポリマーの一方のみを溶解し得る溶剤(例えば、ガラス成分は溶解するがゴム成分を溶解しない溶媒、ゴム成分は溶解するがガラス成分を溶解しない溶媒)を用いる方法、酸やアルカリを用いて処理する方法などが推奨される。このようにして得られるナノポーラス材料は、例えば1〜100nm程度の大きさの細孔を有するものである。   For example, it is possible to obtain a nanoporous material by decomposing or dissolving the cylinder structure formed in the block copolymer film of the present invention. The decomposition method is not particularly limited, and a conventionally known method can be adopted. For example, methods such as ion beam etching and ozone decomposition treatment are recommended. Also, the dissolution method is not particularly limited, and a conventionally known method can be adopted. For example, a solvent capable of dissolving only one of the polymers forming the cylinder or the matrix (for example, a glass component dissolves but a rubber component is dissolved). A method using a solvent that does not dissolve, a solvent that dissolves the rubber component but does not dissolve the glass component, and a method that uses an acid or an alkali are recommended. The nanoporous material thus obtained has pores with a size of about 1 to 100 nm, for example.

本発明におけるナノポーラス材料を吸着剤、触媒又は分離膜として使用する場合の方法の一例を以下に示す。
1.垂直に配向しているシリンダーだけを溶かす溶媒で選択的にエッチングし、或いはオゾン分解する。
シリンダーを形成している成分のみを分解除去することによって、3〜50nm程度の直径の穴を貫通させることができる。
2.この貫通穴の内壁面に化学処理を施すなどして、化学的な親和性を発現させる。
そうすれば、混合気体の分離や溶液から特定の成分だけをターゲットにして抽出することができるようになる。
3.まず、特定の分子を貫通穴の壁面に吸着させておき、その後、これと化学反応を起こすような分子をこの貫通穴に透過させれば、触媒としての作用を付与することができる。
本発明により得られる貫通穴はそれ自体極めて小さいため、貫通穴の壁面の面積は、単位体積あたりかなり大きな割合で存在し得る。従って、かなり高い触媒効率、反応時間の飛躍的短縮が期待される。
An example of the method in the case of using the nanoporous material in the present invention as an adsorbent, a catalyst, or a separation membrane is shown below.
1. Selectively etch with a solvent that dissolves only the vertically oriented cylinder or ozonolysis.
By decomposing and removing only the components that form the cylinder, holes having a diameter of about 3 to 50 nm can be penetrated.
2. Chemical affinity is expressed by applying chemical treatment to the inner wall surface of the through hole.
Then, it becomes possible to extract only a specific component from the mixture gas separation or solution.
3. First, a specific molecule is adsorbed on the wall surface of the through hole, and then a molecule that causes a chemical reaction with the molecule is allowed to permeate through the through hole, thereby providing an action as a catalyst.
Since the through-hole obtained by the present invention is very small in itself, the area of the wall surface of the through-hole can exist at a considerably large ratio per unit volume. Accordingly, it is expected that the catalyst efficiency is considerably high and the reaction time is drastically shortened.

また、本発明のブロック共重合体膜からマトリックス相を分解または溶解することによって除去すると、ナノワイヤーを得ることができる。分解方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用し得るが、例えば、オゾン分解或いはイオンビームエッチングなどの方法が推奨される。また、溶解方法についても特に限定されず、従来公知の方法を採用し得るが、例えば、シリンダーまたはマトリックスを形成するポリマーの一方のみを溶解し得る溶剤(例えば、ガラス成分は溶解するがゴム成分を溶解しない溶媒、ゴム成分は溶解するがガラス成分を溶解しない溶媒)を用いる方法、酸やアルカリを用いて処理する方法などが推奨される。このようにして得られるナノワイヤーは、1〜100nm程度の直径の細長いワイヤー状材料であって、膜厚に応じた長さを有するものである。導電性ポリマーを使用することによって導電性の付与されたナノワイヤーは極めて有用である。   Moreover, if it removes by decomposing | dissolving or melt | dissolving a matrix phase from the block copolymer film | membrane of this invention, a nanowire can be obtained. The decomposition method is not particularly limited, and a conventionally known method can be adopted. For example, a method such as ozone decomposition or ion beam etching is recommended. Also, the dissolution method is not particularly limited, and a conventionally known method can be adopted. For example, a solvent capable of dissolving only one of the polymers forming the cylinder or the matrix (for example, a glass component dissolves but a rubber component is dissolved). A method using a solvent that does not dissolve, a solvent that dissolves the rubber component but does not dissolve the glass component, and a method that uses an acid or an alkali are recommended. The nanowire thus obtained is an elongated wire-like material having a diameter of about 1 to 100 nm and has a length corresponding to the film thickness. Nanowires imparted with conductivity by using a conductive polymer are extremely useful.

上記のようにして得られるナノポーラス材料に金属を蒸着させて空孔及び膜表面を蒸着層で覆った後、ブロック共重合体膜を分解または溶解させるとナノスタンプが得られる。本発明に従うと、1〜100nm程度の精度で彫り込まれた図柄を有する印判(ナノスタンプ)が得られる。このようなナノスタンプは、基材表面上への図柄の転写に好適に用い得る。ナノスタンプはローラー形状を有するものであってよい。
得られたナノスタンプを、磁性体溶液に浸漬させて引き揚げた後に基材表面に接触させると高密度記録が可能な磁気記録媒体を得ることができる。
また、上記のようにして得られるナノポーラス材料はナノテンプレートとして、1〜100nm程度の精度で3次元的に形成された造物用の鋳型として好適に使用し得る。
When a metal is vapor-deposited on the nanoporous material obtained as described above and the pores and the film surface are covered with a vapor deposition layer, the block copolymer film is decomposed or dissolved to obtain a nano stamp. According to the present invention, a stamp (nano stamp) having a pattern engraved with an accuracy of about 1 to 100 nm can be obtained. Such a nano stamp can be suitably used for transferring a pattern onto the surface of a substrate. The nano stamp may have a roller shape.
A magnetic recording medium capable of high-density recording can be obtained by bringing the obtained nanostamp into a magnetic solution and pulling it up and then bringing it into contact with the substrate surface.
The nanoporous material obtained as described above can be suitably used as a template for a structure formed three-dimensionally with an accuracy of about 1 to 100 nm as a nanotemplate.

以下、本発明の有効性について実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例における物性の評価方法は以下の通りである。   Hereinafter, the effectiveness of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, the evaluation method of the physical property in the following examples is as follows.

1.配向角度の乱れ
シリンダー構造の垂直配向に対する配向角度の乱れは、以下の方法に従って測定した。
配向角度の乱れは、2次元小角X線散乱(SAXS)の測定を行った際に得られるエッジ像、即ち、膜の側面から膜面に平行にX線を入射して測定した場合に得られる2次元散乱パターン(Edge View Pattern)、の1次反射ピーク強度を方位角に対してプロットしたとき、方位角が配向角180°に一致する最大ピーク強度から半減した際の配向角の変化量により評価した。具体的には、ある主軸方向にシリンダーが配向している場合、その方位角の位置(垂直方向の場合は180°)が最大値となるようなピーク強度が現れるため、このピークの半値幅の半分(半値半幅)をもって配向角度の乱れとした。
測定は、試料位置での照射X線ビームサイズを、水平方向1.0mm、鉛直方向0.7mm(長方形状ビーム断面)、波長を0.1499nm、高エネルギー加速器研究機構(つくば)の放射光科学研究施設のビームラインBL−9Cにて、イメージングプレート(フジフイルム)を用いて行った。読み取りには、Fuji BAS2000を用いた。1ピクセルの分解能(サイズ)は、100μm×100μmであった。
1. Disturbance of orientation angle Disturbance of the orientation angle with respect to the vertical orientation of the cylinder structure was measured according to the following method.
Disturbance of the orientation angle is obtained when measuring an edge image obtained when measuring two-dimensional small-angle X-ray scattering (SAXS), that is, when X-rays are incident parallel to the film surface from the film side surface. When the primary reflection peak intensity of the two-dimensional scattering pattern (Edge View Pattern) is plotted against the azimuth angle, the amount of change in the orientation angle when the azimuth angle is halved from the maximum peak intensity corresponding to the orientation angle of 180 °. evaluated. Specifically, when the cylinder is oriented in a certain principal axis direction, a peak intensity appears at the maximum value at the position of the azimuth angle (180 ° in the vertical direction). Half (half width at half maximum) was regarded as disorder of the orientation angle.
Measurements were performed using X-ray beam size at the sample position of 1.0 mm in the horizontal direction, 0.7 mm in the vertical direction (rectangular beam cross section), wavelength of 0.1499 nm, and synchrotron radiation science from the High Energy Accelerator Research Organization (Tsukuba). This was performed using an imaging plate (Fujifilm) at the beam line BL-9C of the research facility. For reading, Fuji BAS2000 was used. The resolution (size) of one pixel was 100 μm × 100 μm.

2.シリンダー間の距離
シリンダー間の距離は、以下の方法に従って測定した。
小角X線散乱測定を行い、散乱強度の散乱角度依存性をプロットし、現れる格子散乱因子の1次ピーク(最も散乱角度が小さい位置に現れるピーク)の位置から、その散乱角θを求めた。これをブラッグ(Bragg)の反射条件式:
2d・sin(θ/2)=nλ
(式中、dは反射面の面間隔、θは散乱角、nは自然数、λはX線波長を表す)
に代入することにより、反射面の面間隔dを求めた。dとシリンダー間の距離Lとの関係式:
L=(2/30.5)×d
を用いて、シリンダー間の距離を求めた。
2. Distance between cylinders The distance between cylinders was measured according to the following method.
Small angle X-ray scattering measurement was performed, the scattering angle dependence of the scattering intensity was plotted, and the scattering angle θ was determined from the position of the primary peak of the lattice scattering factor that appears (the peak that appears at the position where the scattering angle is the smallest). This is Bragg's reflection condition formula:
2d · sin (θ / 2) = nλ
(Where d is the spacing between the reflecting surfaces, θ is the scattering angle, n is a natural number, and λ is the X-ray wavelength)
By substituting into, the distance d between the reflecting surfaces was obtained. Relation between d and distance L between cylinders:
L = (2/3 0.5 ) × d
Was used to determine the distance between the cylinders.

3.シリンダー径
シリンダー径は、以下の方法に従って測定した。
散乱強度の散乱角度依存性をプロットし、現れる粒子散乱因子の1次ピークの位置から、その散乱角θを求めた。これを式:
(4π/λ)sin(θ/2)=4.98/R
に代入して、シリンダー半径Rを算出した。
3. Cylinder diameter The cylinder diameter was measured according to the following method.
A plot of the scattering angle dependence of scattering intensity, the position of the first peak of appearing particles scatter factor, was determined its scattering angle theta p. This is the formula:
(4π / λ) sin (θ p /2)=4.98/R
And the cylinder radius R was calculated.

[実施例1]
ブロック共重合体として、スチレン-エチレンブチレン-スチレントリブロック共重合体(SEBS)(旭化成ケミカルズ(株)製タフテック(登録商標)H1062)を用いた。試料は、ポリスチレン(PS)の体積分率が0.16、数平均分子量(Mn)が6.6×104、分子量分布の多分散指数(Mw/Mn)が1.03、ポリエチレンブチレン(PEB)鎖中のブチレン鎖のモル分率が0.41であった。試料は、PEBに対して選択的に良溶媒であるヘプタンと共通溶媒である塩化メチレンの体積比1:1の混合溶媒を用いてポリマー濃度が5重量%となるように調整し、キャスト溶液をシャーレに入れ、23℃にて溶媒を蒸発させてブロック共重合体膜(as-cast試料)を作製した。ヘプタンは、PEBに関しては(δsolvent−δpolymer)/δsolvent=0.095であり、PSに関しては(δsolvent−δpolymer)/δsolvent=0.257であった。
このas-cast試料を210℃で3時間、シリコーンオイル中で熱処理し、氷水中で急冷した(得られた試料をas-annealed試料と称する)。これらの試料について、高エネルギー加速器研究機構のBL-9Cにて2次元小角X線散乱(SAXS)測定を行った。
[Example 1]
As the block copolymer, styrene-ethylenebutylene-styrene triblock copolymer (SEBS) (Tuftec (registered trademark) H1062 manufactured by Asahi Kasei Chemicals Corporation) was used. The sample has a volume fraction of polystyrene (PS) of 0.16, a number average molecular weight (M n ) of 6.6 × 10 4 , a polydispersity index (M w / M n ) of molecular weight distribution of 1.03, in a polyethylene butylene (PEB) chain The butylene chain had a mole fraction of 0.41. The sample was prepared using a mixed solvent with a 1: 1 volume ratio of heptane, which is a good solvent, and methylene chloride, which is a common solvent, selectively with respect to PEB so that the polymer concentration is 5% by weight. A block copolymer film (as-cast sample) was prepared by putting in a petri dish and evaporating the solvent at 23 ° C. Heptane was (δ solvent −δ polymer ) / δ solvent = 0.095 for PEB and (δ solvent −δ polymer ) / δ solvent = 0.257 for PS.
This as-cast sample was heat-treated at 210 ° C. for 3 hours in silicone oil and quenched in ice water (the obtained sample is referred to as an as-annealed sample). Two-dimensional small-angle X-ray scattering (SAXS) measurements were performed on these samples at BL-9C of the High Energy Accelerator Research Organization.

図1に、(a)as-cast試料および(b)as-annealed試料について得られた2次元SAXSパターン(edge view)を示す。図中のnはフィルムの法線方向を示している。スケールバーは、散乱ベクトルの大きさqを示しており、q=(4π/λ)sin(θ/2)である。ここで、λは波長、θは散乱角である。
図2の(a)、(b)は、それぞれ図1における(a)as-cast試料および(b)as-annealed試料の2次元SAXSパターンより得られた1次元SAXSプロフィールを示す。1次ピークに対する高次ピークの相対比が、(a)as-cast試料では、1:√2:√3、(b)as-annealed試料では1:√3:√4となっていることから、熱処理の前後で球状構造からシリンダー状構造へと転移していることが分かる。
また、図1(a)as-cast試料では散乱ピークが楕円状になっていることから球構造が形成する規則的なbcc(体心立方格子)配列が歪んでいる(特に、厚み方向に収縮している)ことが分かる。
一方、図1(b)as-annealed試料では、ピークは子午線方向にのみスポット状に出ており、シリンダー状構造が膜面に垂直に配向しているという結果になった。これは球の合体が膜面の垂直方向にのみ優先的に起こったためと考えられる。
FIG. 1 shows a two-dimensional SAXS pattern (edge view) obtained for (a) as-cast sample and (b) as-annealed sample. N in the figure indicates the normal direction of the film. The scale bar indicates the magnitude q of the scattering vector, and q = (4π / λ) sin (θ / 2). Here, λ is the wavelength and θ is the scattering angle.
FIGS. 2A and 2B show one-dimensional SAXS profiles obtained from the two-dimensional SAXS patterns of the (a) as-cast sample and (b) as-annealed sample in FIG. 1, respectively. Because the relative ratio of the higher order peak to the primary peak is 1: √2: √3 for (a) as-cast sample and 1: √3: √4 for (b) as-annealed sample. It can be seen that the transition from the spherical structure to the cylindrical structure occurs before and after the heat treatment.
In addition, the regular bcc (body centered cubic lattice) array formed by the sphere structure is distorted in the as-cast sample in Fig. 1 (a) because the scattering peak is elliptical (especially shrinks in the thickness direction). I understand).
On the other hand, in the as-annealed sample in FIG. 1 (b), the peak appears in a spot shape only in the meridian direction, and the result is that the cylindrical structure is oriented perpendicular to the film surface. This is thought to be because the coalescence of spheres occurred preferentially only in the direction perpendicular to the film surface.

図3に、透過型電子顕微鏡(TEM)の観察結果を示す。
実施例1で得られたブロック共重合体膜(as-annealed試料)から、ウルトラミクロトームを用いて切削温度‐85℃〜−90℃にて厚みが80nmの超薄切片を得た。該切片を四酸化ルテニウムで染色した。日立製電子顕微鏡H‐600を加速電圧75kVで稼働させて、観察を行った。
図中の暗い領域は染色されたポリスチレン相である。一方、明るい領域は、未染色のポリエチレンブチレン相である。スルー像にはポリスチレンシリンダーの円形断面が見られる。また、シリンダーが六方格子上に規則配列していることもわかる。エッジ像には、水平方向に横たわったシリンダーが一次元方向(紙面上下方向)に繰り返し配列していることがわかる。
これらの透過型電子顕微鏡観察によって、シリンダーが膜面に垂直に配向していることが確認された。
In FIG. 3, the observation result of a transmission electron microscope (TEM) is shown.
From the block copolymer film (as-annealed sample) obtained in Example 1, an ultrathin slice having a thickness of 80 nm was obtained at a cutting temperature of -85 ° C to -90 ° C using an ultramicrotome. The sections were stained with ruthenium tetroxide. Observation was performed by operating an Hitachi electron microscope H-600 at an acceleration voltage of 75 kV.
The dark area in the figure is the stained polystyrene phase. On the other hand, the bright areas are undyed polyethylene butylene phases. The through image shows a circular cross section of a polystyrene cylinder. It can also be seen that the cylinders are regularly arranged on a hexagonal lattice. In the edge image, it can be seen that the cylinders lying in the horizontal direction are repeatedly arranged in a one-dimensional direction (up and down direction on the paper surface).
These transmission electron microscope observations confirmed that the cylinder was oriented perpendicular to the film surface.

図4は、実施例及び比較例で得られたブロック共重合体膜の2次元小角X線散乱のエッジ像結果から、一次ピークについて、その規格化散乱強度を求め方位角の関数として示した図である。
即ち、図4は、図1(b)に記載の2次元小角X線散乱像から、1次ピークの散乱強度の方位角依存性をプロットしたものである。ここで、方位角は時計の12時の方向を規準に、時計方向まわりを正とした。縦軸は規格化散乱強度である。規格化散乱強度とは、散乱強度を方位角180°での散乱強度の値でわり算した値である。したがって、規格化散乱強度は方位角180°で1.0の値をとる。ピークが鋭ければ、垂直配向からの乱れが少ないことを意味する。図中の注釈BOX中に記載した角度はピークの半値幅を示している。したがって、この値の半分の値が、垂直からの乱れの度合い(±値)である。
FIG. 4 is a diagram showing the normalized scattering intensity of the primary peak as a function of the azimuth angle from the edge image result of the two-dimensional small-angle X-ray scattering of the block copolymer films obtained in Examples and Comparative Examples. It is.
That is, FIG. 4 is a plot of the azimuth dependence of the primary peak scattering intensity from the two-dimensional small-angle X-ray scattering image shown in FIG. Here, the azimuth angle was positive in the clockwise direction with respect to the 12 o'clock direction of the watch. The vertical axis represents the normalized scattering intensity. The normalized scattering intensity is a value obtained by dividing the scattering intensity by the value of the scattering intensity at an azimuth angle of 180 °. Therefore, the normalized scattering intensity takes a value of 1.0 at an azimuth angle of 180 °. A sharp peak means less disturbance from vertical alignment. The angle described in the annotation box in the figure indicates the half width of the peak. Therefore, half of this value is the degree of disturbance (± value) from the vertical.

実施例1で得られたブロック共重合体膜(as-annealed試料)の膜厚は0.3mm、配向角度の乱れは4.25°、シリンダーの直径は13.2nm、シリンダー間距離は30.2nmであり、特に膜厚方向に複屈折性を有する光学位相差フィルムとして有用な膜材料が得られた。   The film thickness of the block copolymer film (as-annealed sample) obtained in Example 1 is 0.3 mm, the disorder of the orientation angle is 4.25 °, the cylinder diameter is 13.2 nm, and the distance between the cylinders is 30.2 nm. A film material useful as an optical retardation film having birefringence in the film thickness direction was obtained.

[比較例1]
実施例1において、シリコーンオイル中での熱処理を、210℃で3時間に代えて、150℃×10時間としたこと以外は同実施例と同様にして、ブロック共重合体膜(as-annealed試料)を得た。
得られたブロック共重合体膜(as-annealed試料)の膜厚は0.3mm、配向角度の乱れは9°、シリンダーの直径は13.2nm、シリンダー間距離は30.2nmであり、膜厚方向に複屈折性を有する光学位相差フィルムとしては不十分な膜材料であった。
[Comparative Example 1]
A block copolymer membrane (as-annealed sample) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment in silicone oil was changed to 150 ° C. × 10 hours instead of 3 hours at 210 ° C. )
The resulting block copolymer film (as-annealed sample) has a film thickness of 0.3 mm, disordered orientation angle of 9 °, cylinder diameter of 13.2 nm, and distance between cylinders of 30.2 nm. It was an insufficient film material as an optical retardation film having refractive properties.

[実施例2]
実施例1において、シリコーンオイル中での熱処理を、210℃で3時間に代えて、180℃×3時間としたこと以外は同実施例と同様にして、ブロック共重合体膜(as-annealed試料)を得た。
得られたブロック共重合体膜(as-annealed試料)の膜厚は0.3mm、配向角度の乱れは7°、シリンダーの直径は13.2nm、シリンダー間距離は30.2nmであり、特にナノテンプレートとして有用な膜材料が得られた。
[Example 2]
A block copolymer membrane (as-annealed sample) was prepared in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment in silicone oil was changed to 180 ° C. × 3 hours instead of 3 hours at 210 ° C. )
The resulting block copolymer film (as-annealed sample) has a film thickness of 0.3mm, disordered orientation angle of 7 °, cylinder diameter of 13.2nm, and distance between cylinders of 30.2nm. Film material was obtained.

[比較例2]
実施例1において、溶媒としてトルエンを用いたキャストにより、球を形成させず、最初からシリンダーを形成させたこと以外は同実施例と同様にして、膜厚が0.3mmのブロック共重合体膜を得た。
得られたブロック共重合体膜においては、球構造の合体という過程を経なかったため、実施例1と同様の熱処理を行ってもシリンダーは垂直配向しなかった。従って、ナノシリンダーが膜を貫通する必要のある材料としては全く不十分であった。
[Comparative Example 2]
In Example 1, a block copolymer film having a film thickness of 0.3 mm was formed in the same manner as in Example 1 except that a cylinder was formed from the beginning without forming a sphere by casting using toluene as a solvent. Obtained.
In the obtained block copolymer film, the process of coalescence of the spherical structure was not performed, so that the cylinder was not vertically aligned even when the same heat treatment as in Example 1 was performed. Therefore, it was quite insufficient as a material that the nanocylinder needs to penetrate the membrane.

[比較例3]
球の合体プロセスを利用する方法を用いず、比較例2に従って得られた膜を3枚重ね(初期厚み:0.9mm、初期長:3mm)、これに対して、更に、一方向に流動場を与えることによりブロック共重合体膜を得た(最終厚み:0.45mm、最終長:6mm)。流動場は、1065gの荷重下、150〜210℃にて20秒間与えた。また、最終膜厚を固定するため、スペーサを用いた。
得られたブロック共重合体膜においては、与えた流動場の方向と平行に配向が生じたが、膜面に垂直に流動場を与えることは不可能であるため、垂直配向を形成することはできなかった。従って、ナノシリンダーが膜を貫通する必要のある材料としては全く不十分であった。
[Comparative Example 3]
Three layers of films obtained according to Comparative Example 2 were stacked without using a method of using a sphere coalescence process (initial thickness: 0.9 mm, initial length: 3 mm), and in addition, a flow field in one direction. To give a block copolymer film (final thickness: 0.45 mm, final length: 6 mm). The flow field was applied for 20 seconds at 150-210 ° C. under a load of 1065 g. A spacer was used to fix the final film thickness.
In the obtained block copolymer film, orientation occurred parallel to the direction of the applied flow field, but it is impossible to give a flow field perpendicular to the film surface. could not. Therefore, it was quite insufficient as a material that the nanocylinder needs to penetrate the membrane.

本発明によれば、膜表面に対して垂直方向に配向し、かつ配向角度の乱れの小さなシリンダー構造を有するブロック共重合体膜を簡便に製造することができる。
本発明に従うと、広範な分野における高機能材料の設計が可能となる。高機能材料の例としては、ナノワイヤー、ナノスタンプ、ナノポーラス材料、ナノポーラス中空糸、ナノポーラスチューブ等が挙げられる。また、かかる高機能材料は、例えば電子情報記録媒体、高機能光学材料、吸着剤、ナノ反応場膜、触媒、高機能膜(ナノ反応場、触媒、分離膜)高機能中空糸、高機能チューブ、ナノテンプレート、ナノモールドなどの用途に使用し得る。
According to the present invention, it is possible to easily produce a block copolymer film having a cylinder structure that is oriented in a direction perpendicular to the film surface and has a small disorder of the orientation angle.
According to the present invention, high-performance materials can be designed in a wide range of fields. Examples of highly functional materials include nanowires, nanostamps, nanoporous materials, nanoporous hollow fibers, nanoporous tubes, and the like. Such high-performance materials include, for example, electronic information recording media, high-performance optical materials, adsorbents, nano-reaction field membranes, catalysts, high-performance membranes (nano-reaction fields, catalysts, separation membranes), high-performance hollow fibers, and high-performance tubes. It can be used for applications such as nano template and nano mold.

図1は、実施例1において、(a)as-cast試料および(b)as-annealed試料について得られた2次元SAXSパターン(edge view)を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a two-dimensional SAXS pattern (edge view) obtained for (a) as-cast sample and (b) as-annealed sample in Example 1. 図2は、図1における(a)as-cast試料および(b)as-annealed試料の2次元SAXSパターンより得られた1次元SAXSプロフィールを示した図である。FIG. 2 is a diagram showing one-dimensional SAXS profiles obtained from the two-dimensional SAXS patterns of (a) as-cast sample and (b) as-annealed sample in FIG. 図3に、実施例1で得られたブロック共重合体膜の透過型電子顕微鏡(TEM)の観察結果を示す。In FIG. 3, the observation result of the transmission electron microscope (TEM) of the block copolymer film obtained in Example 1 is shown. 図4は、2次元小角X線散乱の結果(1次ピークの散乱強度の方位角依存性)を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the result of two-dimensional small-angle X-ray scattering (the azimuth angle dependence of the scattering intensity of the primary peak).

Claims (25)

膜厚が0.1μm〜50mmであって、膜表面に対して垂直方向に配向し、かつ2次元小角X線散乱測定による半値半幅によって規定される、垂直配向に対する配向角度の乱れの絶対値が9°未満であるシリンダー構造を有するブロック共重合体膜。   The absolute value of the disorder of the orientation angle with respect to the vertical orientation is 0.1 μm to 50 mm, oriented in the direction perpendicular to the film surface, and defined by the half width at half maximum by two-dimensional small-angle X-ray scattering measurement. A block copolymer film having a cylinder structure of less than 9 °. 前記シリンダー構造は、六方格子上に配列している請求項1に記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to claim 1, wherein the cylinder structure is arranged on a hexagonal lattice. 前記ブロック共重合体は2種以上の繰り返しモノマー単位から成り、少なくとも1種の繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分は23℃でガラス状態である請求項1または2に記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer according to claim 1 or 2, wherein the block copolymer comprises two or more types of repeating monomer units, and the polymer component formed from at least one type of repeating monomer units A is in a glass state at 23 ° C. film. 前記の繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分のブロック共重合体に対する体積分率が0.1〜0.4である請求項1〜3のいずれかに記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to any one of claims 1 to 3, wherein a volume fraction of the polymer component formed from the repeating monomer unit A with respect to the block copolymer is 0.1 to 0.4. 前記シリンダー構造を構成する成分は、繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分である請求項4に記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to claim 4, wherein the component constituting the cylinder structure is a polymer component formed from repeating monomer units A. 前記シリンダー構造は、直径が3〜50nmのシリンダーから成る請求項1〜5のいずれかに記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to claim 1, wherein the cylinder structure is a cylinder having a diameter of 3 to 50 nm. 前記シリンダーは、5〜120nmの距離で配列している請求項6に記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to claim 6, wherein the cylinders are arranged at a distance of 5 to 120 nm. 前記少なくとも2種の繰り返しモノマー単位は、芳香族ビニル単位及び部分的に或いは完全に水素添加された共役ジエンの単位である請求項3〜7のいずれかに記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to any one of claims 3 to 7, wherein the at least two kinds of repeating monomer units are an aromatic vinyl unit and a conjugated diene unit partially or completely hydrogenated. 芳香族ビニル単位はスチレンに由来する単位であり、部分的に或いは完全に水素添加された共役ジエンの単位はブタジエンに由来する単位である請求項8に記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to claim 8, wherein the aromatic vinyl unit is a unit derived from styrene, and the unit of the conjugated diene partially or completely hydrogenated is a unit derived from butadiene. ブロック共重合体の数平均分子量は1万〜100万である請求項1〜9のいずれかに記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to claim 1, wherein the block copolymer has a number average molecular weight of 10,000 to 1,000,000. 垂直配向に対する配向角度の乱れの絶対値が7°以下である請求項1〜10のいずれかに記載のブロック共重合体膜。   The block copolymer film according to any one of claims 1 to 10, wherein the absolute value of the disorder of the orientation angle with respect to the vertical orientation is 7 ° or less. 請求項1〜11のいずれかに記載のブロック共重合体膜における前記シリンダー構造が分解または溶解によって空孔化されて成るナノポーラス材料。   The nanoporous material formed by the said cylinder structure in the block copolymer film in any one of Claims 1-11 being vacated by decomposition | disassembly or melt | dissolution. 請求項12に記載のナノポーラス材料を含んで成る触媒。   A catalyst comprising the nanoporous material according to claim 12. 請求項12に記載のナノポーラス材料に金属を蒸着させて空孔及び膜表面を蒸着層で覆った後、ブロック共重合体膜を分解または溶解させることによって得られるナノスタンプ。   A nanostamp obtained by vapor-depositing a metal on the nanoporous material according to claim 12 and covering the pores and the film surface with a vapor deposition layer, and then decomposing or dissolving the block copolymer film. ローラー形状を有する請求項14に記載のナノスタンプ。   The nanostamp of claim 14 having a roller shape. 請求項14または15に記載のナノスタンプを、磁性体溶液に浸漬させて引き揚げた後に基材表面に接触させて得られる磁気記録媒体。   A magnetic recording medium obtained by bringing the nanostamp according to claim 14 or 15 into contact with a surface of a substrate after being dipped in a magnetic material solution and pulled. 請求項1〜11のいずれかに記載のブロック共重合体膜からマトリックス相が分解または溶解によって除去されて成るナノワイヤー。   A nanowire obtained by removing the matrix phase from the block copolymer film according to any one of claims 1 to 11 by decomposition or dissolution. ブロック共重合体から形成されるミクロ相分離構造における球構造を、膜面に垂直な方向に合体させてシリンダー構造へ転移させることを含んで成る、膜表面に対して垂直方向に配向したシリンダー構造を有するブロック共重合体膜の製造方法。   Cylinder structure oriented in a direction perpendicular to the membrane surface, comprising merging a spherical structure in a microphase-separated structure formed from a block copolymer into a cylinder structure by merging in a direction perpendicular to the membrane surface A method for producing a block copolymer film having ブロック共重合体から形成されるミクロ相分離構造における球構造を、膜面に垂直な方向に合体させてシリンダー構造へ転移させることを含んで成る、請求項1〜11のいずれかに記載のブロック共重合体膜の製造方法。   The block according to any one of claims 1 to 11, comprising transferring the spherical structure in the microphase-separated structure formed from the block copolymer into a cylinder structure by merging in a direction perpendicular to the membrane surface. A method for producing a copolymer film. 球構造からシリンダー構造への転移は、該ブロック共重合体の自己組織化能力によって生じる請求項18又は19に記載のブロック共重合体膜の製造方法。   The method for producing a block copolymer film according to claim 18 or 19, wherein the transition from the spherical structure to the cylinder structure is caused by the self-assembly ability of the block copolymer. 請求項1〜11のいずれかに記載のブロック共重合体膜の製造方法であって、
(a)ブロック共重合体に選択溶媒を添加してポリマー溶液を形成し、
(b)次いで、該ポリマー溶液から該選択溶媒を除去することによって非平衡モルホロジーを有するアズキャスト膜を形成し、
(c)該アズキャスト膜に熱処理を施すことによってシリンダー構造を形成させる、
ことを含んで成る方法。
It is a manufacturing method of the block copolymer film according to any one of claims 1 to 11,
(A) adding a selective solvent to the block copolymer to form a polymer solution;
(B) then forming an as-cast membrane having a nonequilibrium morphology by removing the selective solvent from the polymer solution;
(C) forming a cylinder structure by subjecting the as-cast film to a heat treatment;
A method comprising that.
前記溶媒として、繰り返しモノマー単位Aから形成されるポリマー成分に対しては選択的貧溶媒に相当し、他の少なくとも1種の繰り返しモノマー単位Bから形成されるポリマー成分に対しては選択的良溶媒に相当する溶媒を用いる請求項21に記載の方法。   The solvent corresponds to a selective poor solvent for the polymer component formed from the repeating monomer unit A, and is a selective good solvent for the polymer component formed from at least one other repeating monomer unit B. The method of Claim 21 using the solvent corresponded to. 前記溶媒は、ブロック共重合体に対する共通溶媒に相当する1種以上の溶媒を更に含む混合溶媒である請求項22に記載の方法。   The method according to claim 22, wherein the solvent is a mixed solvent further containing one or more solvents corresponding to a common solvent for the block copolymer. 前記熱処理を、シリンダーを構成するポリマー成分のガラス転移温度以上の温度で施す請求項21〜23のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 21 to 23, wherein the heat treatment is performed at a temperature equal to or higher than a glass transition temperature of a polymer component constituting the cylinder. 前記熱処理を、シリンダーを構成するポリマー成分のガラス転移温度より100℃以上高い温度であって、かつ±1℃の温度精度で施す請求項21〜23のいずれかに記載の方法。   The method according to any one of claims 21 to 23, wherein the heat treatment is performed at a temperature higher than the glass transition temperature of the polymer component constituting the cylinder by 100 ° C or more and with a temperature accuracy of ± 1 ° C.
JP2005123585A 2005-04-21 Block copolymer membrane with vertically oriented cylinder structure Active JP4896423B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005123585A JP4896423B6 (en) 2005-04-21 Block copolymer membrane with vertically oriented cylinder structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005123585A JP4896423B6 (en) 2005-04-21 Block copolymer membrane with vertically oriented cylinder structure

Publications (4)

Publication Number Publication Date
JP2006299106A true JP2006299106A (en) 2006-11-02
JP2006299106A6 JP2006299106A6 (en) 2008-06-19
JP4896423B2 JP4896423B2 (en) 2012-03-14
JP4896423B6 JP4896423B6 (en) 2012-05-30

Family

ID=

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008013678A (en) * 2006-07-06 2008-01-24 Nagoya Institute Of Technology Method for producing huge grain of polymeric block copolymer
JP2008239835A (en) * 2007-03-28 2008-10-09 Tokyo Institute Of Technology Production method of nano-cylinder-type electroconductive polymer material
JP2009209271A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Kyoto Institute Of Technology Manufacturing method of nanostructural material, the nanostructural material and its use
WO2009145204A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Block copolymer film and method of producing the same
JP2013010315A (en) * 2011-06-30 2013-01-17 Hamamatsu Photonics Kk Resin molded body
US8476322B2 (en) 2007-09-03 2013-07-02 Tokyo Institute Of Technology Microphase-separated structure membrane and process for producing the same
US8974680B2 (en) 2009-09-25 2015-03-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Pattern forming method
JP2016065192A (en) * 2014-04-17 2016-04-28 旭化成ケミカルズ株式会社 Polymer and asphalt composition
JP2017116330A (en) * 2015-12-22 2017-06-29 東洋ゴム工業株式会社 Analysis method of filler structure in polymeric material

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61146301A (en) * 1984-12-19 1986-07-04 Daicel Chem Ind Ltd Membrane and its preparation
JP2004099749A (en) * 2002-09-10 2004-04-02 Denki Kagaku Kogyo Kk Block copolymer composition and heat-shrinkable film therefrom
JP2004124088A (en) * 2002-09-11 2004-04-22 Rikogaku Shinkokai Block copolymer and method for manufacturing micro phase separation structure membrane
JP2005060583A (en) * 2003-08-18 2005-03-10 Kansai Tlo Kk Method for producing block copolymer membrane having vertically oriented lamella structure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61146301A (en) * 1984-12-19 1986-07-04 Daicel Chem Ind Ltd Membrane and its preparation
JP2004099749A (en) * 2002-09-10 2004-04-02 Denki Kagaku Kogyo Kk Block copolymer composition and heat-shrinkable film therefrom
JP2004124088A (en) * 2002-09-11 2004-04-22 Rikogaku Shinkokai Block copolymer and method for manufacturing micro phase separation structure membrane
JP2005060583A (en) * 2003-08-18 2005-03-10 Kansai Tlo Kk Method for producing block copolymer membrane having vertically oriented lamella structure

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008013678A (en) * 2006-07-06 2008-01-24 Nagoya Institute Of Technology Method for producing huge grain of polymeric block copolymer
JP2008239835A (en) * 2007-03-28 2008-10-09 Tokyo Institute Of Technology Production method of nano-cylinder-type electroconductive polymer material
US8476322B2 (en) 2007-09-03 2013-07-02 Tokyo Institute Of Technology Microphase-separated structure membrane and process for producing the same
JP2009209271A (en) * 2008-03-04 2009-09-17 Kyoto Institute Of Technology Manufacturing method of nanostructural material, the nanostructural material and its use
WO2009145204A1 (en) * 2008-05-30 2009-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Block copolymer film and method of producing the same
JP2010007070A (en) * 2008-05-30 2010-01-14 Canon Inc Block copolymer film and method of producing the same
US20110111170A1 (en) * 2008-05-30 2011-05-12 Canon Kabushiki Kaisha Block copolymer film and method of producing the same
US8974680B2 (en) 2009-09-25 2015-03-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Pattern forming method
US9190288B2 (en) 2009-09-25 2015-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Pattern forming method
JP2013010315A (en) * 2011-06-30 2013-01-17 Hamamatsu Photonics Kk Resin molded body
JP2016065192A (en) * 2014-04-17 2016-04-28 旭化成ケミカルズ株式会社 Polymer and asphalt composition
JP2017116330A (en) * 2015-12-22 2017-06-29 東洋ゴム工業株式会社 Analysis method of filler structure in polymeric material

Also Published As

Publication number Publication date
JP4896423B2 (en) 2012-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007055041A1 (en) Membrane of block copolymer with oriented cylinder structure and process for producing the same
Harrison et al. Depth profiling block copolymer microdomains
Ye et al. Quasicrystalline nanocrystal superlattice with partial matching rules
US7767265B2 (en) Microstructure, pattern medium and process for producing same
Li et al. Block copolymer patterns and templates
Majewski et al. Rapid ordering of block copolymer thin films
Zhu et al. Crystallization temperature-dependent crystal orientations within nanoscale confined lamellae of a self-assembled crystalline− amorphous diblock copolymer
Bang et al. Effect of humidity on the ordering of PEO-based copolymer thin films
Marentette et al. Crystallization of CaCO3 in the presence of PEO‐block‐PMAA copolymers
Marques et al. Self-assembly in casting solutions of block copolymer membranes
Wang et al. Directional photomanipulation of breath figure arrays
Rider et al. Nanostructured magnetic thin films from organometallic block copolymers: pyrolysis of self-assembled polystyrene-block-poly (ferrocenylethylmethylsilane)
Fukunaga et al. Self-assembly of a lamellar ABC triblock copolymer thin film
US20090239103A1 (en) Polymer thin-film, process for producing patterned substrate, matter with pattern transferred, and patterning medium for magnetic recording
Zhang et al. Pathways to mesoporous resin/carbon thin films with alternating gyroid morphology
Sageshima et al. Fabrication and modification of ordered nanoporous structures from nanophase-separated block copolymer/metal salt hybrids
Sperschneider et al. Towards nanoporous membranes based on ABC triblock terpolymers
Grigorova et al. Magnetic field induced orientation in diblock copolymers with one crystallizable block
Ahn et al. Morphology transitions of linear A1B1A2B2 tetrablock copolymers at symmetric overall volume fraction
Seo et al. Inverted cylindrical microdomains by blending star-shaped and linear block copolymers
Li et al. Bioinspired Anti‐Moiré Random Grids via Patterning Foams
Darling Mechanism for hierarchical self-assembly of nanoparticles on scaffolds derived from block copolymers
JP4896423B6 (en) Block copolymer membrane with vertically oriented cylinder structure
JP4896423B2 (en) Block copolymer membrane with vertically oriented cylinder structure
Niihara et al. A transition from cylindrical to spherical morphology in diblock copolymer thin films

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080421

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20080421

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20080421

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20090420

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20090420

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101116

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110117

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111122

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111221

R150 Certificate of patent (=grant) or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150106

Year of fee payment: 3

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350