本記事は東ソーグループ「株式会社東ソー分析センター」からの寄稿となります。

プラスチックなどに代表される高分子材料は、複数の原料を配合し、耐熱性や耐薬品性といったさまざまな機能を付与し、高性能化が図られています。
目的に応じた機能へ改良するためには、それぞれの原料がどのような構造で形成されているのかを分析することが重要です。
そこで、東ソー分析センターは高分子材料の構造解析に関する新たな手法に挑戦しました。

解析成果の約8割は、前処理の出来によって決まると言われています。AFM-IRで正確な解析結果を得るためには、高分子材料を薄く切り、表面をできるだけ平らにする前処理が重要です。単一の材料であれば平らな面を作ることは比較的簡単ですが、複数の材料が混ざっていたり、形状が複雑だったりすると、平らな面を作ることが難しい場合があります。平滑な面がうまく作れないと解析結果に多くのノイズが入り、本来の構造や成分が見えなくなってしまいます。

そこで、材料を切る時の温度や厚みを最適に調整したり、特注の器具に挟んで切削せっさくしたり、ダイヤモンドの刃を持つナイフやイオンビームを使用して切削方法を工夫したりと、さまざまなノウハウを積み重ねました。

ポリオールAとポリオールBという2種類のポリオールで合成されたポリウレタンの事例を紹介します。原子間力顕微鏡（AFM）を使ってポリオールを観察すると、黄色とオレンジ色の濃淡がついており、各々のポリオールが分散していると確認できますが、どちらのポリオールであるかまでの組成分析はできず、詳細な解析には至りません（図1）。

しかし、AFM-IRを使うと、海島うみしま構造^※を形成していることが可視化できるようになり、測定波数からポリオールAが島領域、ポリオールBが海領域に存在することが明らかになりました。さらに拡大すると、島領域の中に海領域の成分が入り込み、逆に海領域の中にも島領域の成分が細かく混ざり合っている様子が観察されました（図２）。


このように、AFM-IRを使うと材料の微細な構造を可視化し組成分析まで行え、目的に応じた性質への改良に役立てることができます。