JP3233883B2 - 発色性高分子構造体とその製造方法 - Google Patents
発色性高分子構造体とその製造方法Info
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Description
ラスチック材料などとして使用され得る高分子構造体に
関し、特に顔料や染料を必要としない新規な構造の発色
性高分子(ポリマー)構造体とその製造方法に関する。
または染料をプラスチックに混ぜ混むことにより行われ
る。この方法では顔料・染料が必要であり、それをプラ
スチック材料と混練する工程を要し、また、そのプラス
チックのおかれた環境によってはそれら顔料・染料の溶
出などの起こる危険性もあった。
発現するには、光の回折や干渉を利用する必要がある。
この代表的な例として、ホログラムのように、プラスチ
ック表面に回折格子を形成して虹色の発色をさせたもの
もよく知られているが、これはプラスチック表面のみの
発色である。
偏光フィルムと配向異方性フィルムを積層して発色させ
る方法が報告されている[松本喜代、表面(表面談話会
・コロイド懇話会)、Vol.27, No.11. 893-900, 1989.
]。また、各層の厚みが0.1μmの2種のポリマー
薄膜を交互に数百枚積層することにより、フィルムの屈
折率の相違を利用して、干渉色を示すタイプの発色性フ
ィルムが知られている[近畿印刷、大永紙通商、パッケ
ージング、No.308, 62-63, 1982 ]。これらのフィルム
を形成するには、偏光フィルムを必要とするか、フィル
ムの積層・延伸を繰り返し行う必要があった。
ることにより発色する方法も知られているが、この方法
で得られる物は、溶媒の蒸発を防ぐ手段を必要としてい
た[林貞男、表面(表面談話会・コロイド懇話会、Vol.
32, No.10, 10,656-661, 1994;林貞男、高分子、Vol.4
3, No.3, 226, 1994 ; 特開昭56-61437]。
のように顔料や染料などの色素を用いる必要がなく、且
つ、積層や延伸などの煩雑な操作、あるいは偏光フィル
ム等の特別なフィルムを必要とせずに、そのまま各種の
色を発現することができるような高分子構造体を提供す
ることにある。
課題を解決するものとして、互いに非相溶性で屈折率の
異なる2種以上のポリマーの相から構成されるミクロ相
分離構造から成り、該ミクロ相分離構造の各相によって
形成される格子間隔が100nm〜700nmの範囲に
あることを特徴とする発色性高分子構造体が提供され
る。
構造体を製造する方法として、互いに非相溶性で屈折率
の異なる2種以上のポリマー鎖が各々の末端で結合した
分子量100,000 〜1,000,000 のブロックコポリマーと、
該ブロックコポリマーの各ブロック鎖の一つと相溶性の
あるホモポリマーとを溶融または共通溶媒に溶解させる
ことにより無秩序混合状態を形成させた後、温度を低下
させるか、または溶媒を蒸発させることにより、各相に
よって形成される格子間隔が100nm以上であるミク
ロ相分離構造を形成させることを特徴とする方法が提供
される。本発明に従う発色性高分子構造体の該製造方法
における好ましい態様として、分子量が200,000 以上の
ブロックコポリマーを用いる。また、本発明の発色性高
分子構造体の製造方法においては、用いるホモポリマー
の量を調整することにより発現する色を調整する。
ミクロ相分離構造を利用することによって完成されたも
のである。互いに非相溶性のポリマー鎖が各々の末端で
化学的に結合したブロックコポリマーは、各ポリマー相
の大きさおよび間隔が良くそろった規則正しいミクロ相
分離構造を形成することが知られている。本発明者は、
この現象に着目し、ブロックコポリマーを用いて、互い
に非相溶性で且つ屈折率の異なる2種以上のポリマーの
相から構成されるミクロ相分離構造を形成し、この時、
該ミクロ相分離構造の各相の大きさまたは間隔が可視光
線(波長約350〜700nm)を回折し得るような格
子間隔、すなわち100nm〜700nmの格子間隔を
呈するようにすることによって発色性の高分子構造体が
得られることを想到した。
分子構造体を容易に製造することのできる方法も見出し
た。上述したように、構造体が可視光線を回折し、色を
発現するには、その構造の格子間隔が100nm以上
(好ましくは150nm〜700nm)になることが必
要である。しかしながら、通常よく用いられるブロック
コポリマーの分子量(2つのブロック鎖の分子量の和)
が10万以下のブロックコポリマーの形成するミクロ相
分離構造はその格子間距離が数十nmであり、発色する
には構造が小さすぎる。ブロックコポリマーのみで発色
構造体を形成するには分子量が5,000,000 〜50,000,000
が必要となり、事実上、その合成は非常に困難である。
合成可能な分子量のブロックコポリマーに、それらのブ
ロック鎖と相溶性のあるホモポリマーを混入することに
より、格子間隔が、100nm以上の格子間隔のそろっ
たミクロ相分離構造を得ることができることを見出し
た。但し、ブロックコポリマーの分子量が100,000 以下
であると、混入すべきホモポリマーの量が多くなり、形
成されるミクロ相分離構造の規則性が乱れ易く、場合に
よってホモポリマーとブロックコポリマーのマクロ相分
離が起こってしまう。そこで、用いるブロックコポリマ
ーの分子量は、100,000 以上、好ましくは150,000 以上
である必要がある。ミクロ相分離構造の規則性を維持す
るには混入するホモポリマーの量が少ないことが望まし
く、そのためには、ブロックコポリマーの分子量は200,
000 以上であることがより好ましく、特に好ましくは、
300,000 以上である。ブロックコポリマーの上限分子量
は特にないが、合成のし易さの観点からは1,000,000 以
下が好ましい。
マーの各ブロック鎖は互いに非相溶であり、かつ屈折率
が異なっており、後述するような溶融または溶媒への溶
解により、無秩序状態を形成できるようなものであれば
何でも良いが、強い色を発現するためには、屈折率差は
大きいほど好ましい。本発明の発色性高分子構造体を得
るのに好適なブロックコポリマーとしては、例えば、ポ
リスチレンとポリイソプレンからなるブロックコポリマ
ーやポリ(2−ビニルピリジン)とポリイソプレンから
成るブロックコポリマーなどがある。この他に、ポリメ
チルメタクレート(PMMA)とポリイソプレンまたは
ポリブタジエンから成るブロックコポリマーなども使用
可能である。
ポリマーを用い、当該分野で知られた相分離形成法を実
施してミクロ相分離構造を形成させることにより発色性
高分子構造体が製造される。すなわち、これらのブロッ
クコポリマーにそれらの各ブロック鎖(ポリマー鎖)の
一方と相溶性のあるホモポリマーを混ぜ、その系の「秩
序−無秩序転移温度(TODT )」以上の温度に上げ溶融
するか、またはこれらの共通溶媒に溶解することによ
り、それらが完全に混合した無秩序混合状態を形成す
る。その後、温度をTODT 以下に下げるか溶媒を蒸発さ
せることにより、規則正しい秩序構造を形成させ、格子
間隔が100nm以上である各ポリマー相(ブロック鎖
相)から成るミクロ相分離構造をを形成させる。ミクロ
相分離構造の格子間隔は、得られた構造体を透過電子顕
微鏡で観察することによって確認することができる。
(混入したホモポリマーも含めて)の体積分率により”
球”、”シリンダー”、”ラメラ”、”共連続”等のミ
クロ相分離構造が得られるが、色の発現の観点からはど
の構造であっても良い。例えば、いずれかのポリマー相
の体積分率φが0.33程度のときは共連続構造が得ら
れ、また、0.18<φ<0.32を目安としてシリン
ダー構造が得られる。
ーの形成する相分離構造は規則正しいものであり、多少
のホモポリマーを含有してもその構造の規則正しさを維
持したまま、格子の大きさを大きくできる。但し、加え
るホモポリマーの重量がブロックコポリマーの重量以上
になると、ミクロ相分離構造の規則正しさは乱れやす
く、規則正しい構造を維持するための条件(ブロックコ
ポリマーの種類、加えるホモポリマーの種類、形成速
度、温度等)は狭いものとなる。ブロックコポリマーの
分子量が200,000 以上になると、加えるホモポリマーの
量がブロックコポリマーの重量より少なくて済むため、
規則正しい構造を形成できる条件は緩和され、任意のブ
ロックコポリマー種を用いた発色構造体を形成できる。
るホモポリマーの量を調整することにより格子間隔をコ
ントロールし、同一のブロックコポリマーを用いて構造
体が発現する色を変化させることができる。さらに、上
記のごとき条件内でブロックコポリマーの分子量を大き
くすることにより、高分子構造体の発現する色合いのコ
ントロール幅を広げることができる。
れらの実施例によって限定されるものではない。 実施例1 ポリスチレン(PS)とポリイソプレン(PI)から成るブ
ロックコポリマーPS-b-PI 数平均分子量Mn=100,000-b-
172,000)をベースとし、PSおよびPIのホモポリマーを下
記条件で加え、トルエンに溶解して無秩序混合状態を形
成した後、溶媒を蒸発させ共連続ミクロ相分離構造から
成るキャストフィルムを作成した。
172,000) (3)混合重量比:PS-b-PI :PS:PI=100 :a:b
(a=10,25,50:b=0,10,25,50) (4)ポリマー溶液初期濃度:5重量% 得られたキャストフィルムの発色結果を表1にまとめ示
す。これらの中で、発色したものは何れも比較的淡い真
珠様光沢を示した。
リマーとしてPI10%、PS10%をブレンドしたもの)
の透過電子顕微鏡写真を図1に示す。PIブロックを染色
して観察しているので、黒い部分がPI相であり、白く写
っているのがPS相である。図に示されるように、各ポリ
マー相は大きさおよび間隔が良くそろった規則正しいミ
クロ相分離構造を形成しており、可視光(この場合、紫
色)を回折し得る格子間隔を呈していることが理解され
る。
(PI)から成るブロックコポリマー(P2VP-b-PI)(Mn=
126,000-b-41,200)をベースとし、PIのホモポリマーを
下記条件で加え、ベンゼンに溶解した後、溶媒を蒸発さ
せキャストフィルム(共連続ミクロ相分離構造)を作成
した。
b-41,200) (2)ホモポリマー:PI(Mn=41,200) (3)混合重量比:P2VP-b-PI /PI=80/20 (4)ポリマー溶液初期濃度:5重量% その結果、部分によって異なった発色を示すキャストフ
ィルムを得ることができた。すなわち、このフィルム
は、反射光が赤から黄色の金属光沢を持った発色部位
(透過光は紫から青)と反射光が薄い青から緑(透過光
は赤から黄色)の発色を示した。
より着色することなく、さらに、特別の処理工程やフィ
ルムなどを必要とせずに、そのまま、真珠様光沢を有す
る発色材料として機能し、例えば、化粧板や装飾目的の
プラスチック材料として使用することができる。
ポリマー種や合成の非常に困難な超高分子量のポリマー
を用いることなく、汎用的なモノマーユニットから成る
ブロックコポリマーを用いてそのような発色性高分子構
造体を得ることができる。本発明の方法に従えば、単一
のブロックコポリマーを用いて、加えるホモポリマーの
量を変化させるだけで、いろいろな色を発現させる多種
類の発色性構造体を製造することもできる。
を示す透過電子顕微鏡写真である。
Claims (4)
- 【請求項1】 互いに非相溶性で屈折率の異なる2種の
ポリマー鎖が各々の末端で結合した分子量100,000〜
1,000,000のジブロックコポリマーと、該ジブロック
コポリマーのブロック鎖と相溶性のあるホモポリマーと
から形成されるミクロ相分離構造から成り、該ミクロ相
分離構造の各相によって形成される格子間隔が100n
m〜700nmの範囲にあることを特徴とする発色性高
分子構造体。 - 【請求項2】 請求項1の発色性高分子構造体を製造す
る方法であって、互いに非相溶性で屈折率の異なる2種
のポリマー鎖が各々の末端で結合した分子量100,000〜
1,000,000のジブロックコポリマーと、該ジブロックコ
ポリマーのブロック鎖と相溶性のあるホモポリマーとを
溶融または共通溶媒に溶解させることにより無秩序混合
状態を形成させた後、温度を低下させるかまたは溶媒を
蒸発させることにより、各相によって形成される格子間
隔が100nm以上であるミクロ相分離構造を形成させ
ることを特徴とする発色性高分子構造体の製造方法。 - 【請求項3】 分子量が200,000以上のジブロックコポ
リマーを用いることを特徴とする請求項2の発色性高分
子構造体の製造方法。 - 【請求項4】 用いるホモポリマーの量を調整すること
により発現する色を調整することを特徴とする請求項2
または請求項3の発色性高分子構造体の製造方法。
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