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X151

高分子表面の分子鎖配向性評価(3)

高分子表面は、接着、濡れ、吸着などの機能特性と密接に関連し、極めて重要であることはよく知られている。特に結晶性高分子の場合には、表面からナノメートル領域における結晶構造や結晶化度、分子鎖の配向性や周期性の乱れ等が機能発現において重要な役割を果たしているものと考えられる。これまで斜入射X線回折(GIXD)法でポリプロピレン(PP)フィルム表面での分子鎖の配向性と結晶構造に関するモデル(図1参照)を構築して検証を行ってきた。本研究ではPPフィルムの緩和過程を調べるため、加熱延伸処理後のGIXD法による試料面内回転強度分布図(φスキャンプロファイル)の変化を観測し、我々の構築したモデルをもとに単斜晶系マルチドメイン構造による説明を試みた。

図1:MODEL:PP film and Crystal Structure, the molecular chains orient preferably in the direction of TD

図1: MODEL:PP film and Crystal Structure, the molecular chains orient preferably in the direction of TD

試料 市販のロール状PP6μmフィルム
装置 理学電機製 ATX-G型 表面構造評価用 多機能X線回折装置

図2にTD方向へ入射X線を一致させた(110)回折面でのφスキャンプロファイルの観測結果を示す。緩和過程を調べるため、未処理(青)のPPフィルムに2時間加熱(100℃)延伸処理を行った直後(赤)、24時間後(緑)、120時間後(水色)の測定結果を重ねて示した。TD方向では加熱延伸により-10°シフトした方向へ緩和したが、MD方向では、処理直後においてTD方向と反対の挙動である+10°方向へシフトし、さらにその後は、もとの未処理位置を越えて、TD方向と同じように-10°へ緩和していった。このMD方向の合わせて20°も緩和する特異な振る舞いを説明するため、b軸がフィルムに対して上下反対向きである単斜晶系マルチドメイン構造(図3参照)を仮定した。図1の結晶構造図のようにPPはβが約100°の単斜晶系であるため、マルチドメインにおける反対向きドメイン間での(110)回折面のなす角度は緩和する角度と同じ20°となることより、このドメイン間の移り変わりにて特異な振る舞いを説明できた。

図2:The relaxation process of GIXD(110)φ-scan profiles by the heating extension processing of PP film about incident direction,TD.
図2: The relaxation process of GIXD(110)φ-scan profiles by the heating extension processing of PP film
  about incident direction,TD.
図3:A conception diagram of the multi-domain structure. The b-axis faces the diagram at the upper half domain, and jumps out at the lower.
図3: A conception diagram of the multi-domain structure. The b-axis faces the diagram at the upper half domain,
  and jumps out at the lower.

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