最先端材料科学研究:進化するエラストマ
2021/2/12
国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)
Science and Technology of Advanced Materials誌 プレスリリース
配信元:国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)・〒305-0047 茨城県つくば市千現1-2-1
Date: 12 February 2021
最先端材料科学研究:進化するエラストマ
(Tsukuba 12 February 2021) 構成する巨大分子間の相互作用を化学的に制御し、柔軟で強靭なエラストマーを開発
論文情報
タイトル:Improvement of mechanical properties of elastic materials by chemical methods
著者:Yukikazu Takeoka*, Fumio Asai &Size Liu
* Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, 464-8603, Japan (E-mail: ytakeoka@chembio.nagoya-u.ac.jp)
引用:Science and Technology of Advanced Materials Vol. 21 (2020) p. 817
最終版公開日:2021年2月1日
本誌リンクhttps://doi.org/10.1080/14686996.2020.1849931(オープンアクセス)
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/14686996.2020.1849931
我々の社会生活の多くの場面を支えているエラストマーを、よりしなやかに、しかもタフにするという研究が進展しつつある。エラストマーは、弾性がある(elastic)、とポリマー(polymer)、の組み合わせで作られた造語で、力が加わると伸び、力が解放されると元の状態に戻る高分子材料である。ゴム、ゲルなどが含まれ、自動車、飛行機、スポーツ用品、精密機械や高層ビルの除震、防振材料などに広く使われている。エラストマーは高分子材料で、構成する巨大分子間を適度な数の架橋結合で結びつけ、柔軟な材料にしている。エラストマーの靭性を高めるには架橋結合の数を増やす、またはフィラーを入れるなどがあるが、いずれも柔軟性を失わせることになる。エラストマーの柔軟性と靭性とは一般に二律背反関係にあるので、柔軟性を失うことなく靭性を高めるのは容易でない。今、架橋結合に新たな化学結合を取り入れることで、この二律背反関係を克服し、柔軟で強靱なエラストマーを開発する研究が進展している。
Science and Technology of Advanced Materialsに発表された、日本、名古屋大学の竹岡敬和等によるレビュー論文 Improvement of mechanical properties of elastic materials by chemical methods は、内閣府総合科学技術・イノベーション会議が主導する革新的研究開発推進プログラム(ImPACT)の一つである「超薄膜化・強靱化「しなやかタフポリマー」の実現」の一環として行われた柔軟で強靭なエラストマーを開発するという研究の成果を中心にして、最近のエラストマー研究の進展状況を紹介している。
エラストマーは、長い鎖状の高分子の集合体であり、構成する個々の高分子は直径が約0.1 nm、分子量が100,000程度、伸ばした長さが1000 nm程度である。エラストマー中で、高分子はランダムなコイル状になっていて、所々で隣り合う高分子が架橋結合により結びついている。このランダムなコイル状の高分子は負荷に応じて変形できることから、エラストマーは引っ張ると容易に伸び、また負荷を外すと元の形に戻ることができる。エラストマーの弾性と靭性は構成する高分子間の相互作用に依存する。したがって、エラストマーの機械的性質を制御するためには高分子同士の結びつきを制御することが重要である。
エラストマーの靭性を向上させるために高分子間に可逆的な化学結合、すなわち、強い水素結合、イオン結合、配位子結合などを取り入れることが有効であることが紹介されている。これらの結合はエラストマーが変形する時、結合したり、結合が切れたりと可逆的に作用しすることができ、エラストマーの柔軟性を失うことなく、よりタフにすることができる。示された例として、水素結合を取り入れ、強度を高めたヒドロゲルでは最大600%まで変形可能で、しかも負荷が取り除かれると、37°Cでは数分以内に、また50°Cでは数秒で元の形状に戻ることができる。
また、高い靭性を持つエラストマーを作るために、架橋点が自由に動くことのできる架橋様式をエラストマー構造に導入する試みが行われている。これに用いられている分子はポリロタキサンと呼ばれ、環状の分子を直鎖状の分子が貫いた構造を持つ。最適な組み合わせとして、直鎖状の分子にポリエチレングリコール、環状分子にα-シクロデキストリンが用いられ、両者を水中で反応させ、靭性を飛躍的に向上させたエラストマーの合成に成功している。
著者達は、エラストマーに可逆的な結合と、可動環状分子とを組み合わせることで、より高い伸張性を持ち、しかも今まで以上にタフなエラストマーが得られるであろうと示唆している。さらに、ポリマー材料の設計には分子の振る舞いを精密に調べることが重要である、と指摘している。
【画像:https://kyodonewsprwire.jp/img/202102120995-O1-mulJW3Kf】
図の説明:異なる結合様式を選択、組み合わせてエラストマーに取り入れることで、その特性を制御する。
論文情報
タイトル:Improvement of mechanical properties of elastic materials by chemical methods
著者:Yukikazu Takeoka*, Fumio Asai &Size Liu
* Nagoya University, Furo-cho, Chikusa-ku, Nagoya, 464-8603, Japan (E-mail: ytakeoka@chembio.nagoya-u.ac.jp)
引用:Science and Technology of Advanced Materials Vol. 21 (2020) p. 817
最終版公開日:2021年2月1日
本誌リンクhttps://doi.org/10.1080/14686996.2020.1849931(オープンアクセス)
Science and Technology of Advanced Materials誌は、国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)とEmpaが支援するオープンアクセスジャーナルです。
Science and Technology of Advanced Materials誌は、国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)とEmpaが支援するオープンアクセスジャーナルです。
企画に関する問い合わせ: stam-info@ml.nims.go.jp
【阪神】岡田監督「才木に聞いたれ。俺はもうええやろ」森下先頭打者弾には「打つな言うたのに」
杏「どうしても優しくできない」父・渡辺謙と似ている部分に「気持ちわるっ」…受け継いだ部分も
20歳モデル「サンジャポ」生出演でネット沸騰「美人で話入ってこない」「衣装マブい」姉は歌手
中国国防相「自制にも限界」 フィリピンに警告、南シナ海対立で
【巨人】5月16日以来の首位再浮上 菅野が開幕5連勝 打線は緊急昇格秋広が起点
YouTuberジュキヤの動画企画が大炎上「普通に痴漢」「気持ち悪すぎ」
【日本ハム】水谷瞬プロ初本塁打「熱男」ポーズの熱い理由「川村さんへ届ける思いで」約束果たす
宮沢博行氏、パー券還流分の使途を生放送で説明「マズいなと思いながら」石田健氏から追及される
杉村太蔵氏、岸田首相に一定の評価を下すワケ「腰抜かすほど驚く改革案」元国会議員として痛感
粗品「宮迫見てるか~?」MC務めるフェスでステージから呼びかけ 宮迫博之にかみつき騒動最中
柏原崇(45)現在を調べてみた結果、相変わらずかっこよすぎた!
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
浜崎あゆみ、子供の写真公開に疑いの声止まず「よそのお宅の子供?」
大谷翔平被弾投手が悪態ついて退場処分!次打者フリーマンと対戦中に判定巡り塁審と口論
玉置浩二の妻、青田典子(53)の現在がとんでもない事になっていると話題に
千原せいじのシエラレオネ巡る発言 NPO代表理事が公式謝罪忠告「最悪、国家間の問題に発展」
YouTuberジュキヤの動画企画が大炎上「普通に痴漢」「気持ち悪すぎ」
大谷翔平10試合ぶり14号 シティフィールド初アーチ、26球場目は自らの日本人記録更新
大谷に被弾→次打者判定で審判と口論→退場→「チーム、自分も最悪」→戦力外
ジャガー横田夫妻の長男、路上で暴行被害「その後どうなったかはちょっと言えない」
何があった!?「エアコン」が想定外の壊れ具合!投稿者に話を聞いた
柏原崇(45)現在を調べてみた結果、相変わらずかっこよすぎた!
玉置浩二の妻、青田典子(53)の現在がとんでもない事になっていると話題に
ユーチューバーもこう氏、元彼女・成海瑠奈について赤裸々告白
元めちゃイケメンバーの三中元克(32)現在は何をしているのか調べてみた!
TikTokを賑わす「フエラムネごめんなサイダー味」がセブンイレブンで再販!じゅるるマスカットも買うなら今!
小倉優子、不自然な“二重ライン”にネット騒然「やっぱり整形?」
ガーシーが綾野剛のLINE公開でネット騒然「ショック」「すごいエンタメ」
岡本夏生(56)、1600日ぶりにブログを更新した現在が衝撃
大原櫻子、ガーシー暴露後初のSNS投稿に賛否の声「イメージ最悪になった」
【阪神】岡田監督「才木に聞いたれ。俺はもうええやろ」森下先頭打者弾には「打つな言うたのに」
杏「どうしても優しくできない」父・渡辺謙と似ている部分に「気持ちわるっ」…受け継いだ部分も
20歳モデル「サンジャポ」生出演でネット沸騰「美人で話入ってこない」「衣装マブい」姉は歌手
中国国防相「自制にも限界」 フィリピンに警告、南シナ海対立で
【巨人】5月16日以来の首位再浮上 菅野が開幕5連勝 打線は緊急昇格秋広が起点
YouTuberジュキヤの動画企画が大炎上「普通に痴漢」「気持ち悪すぎ」
【日本ハム】水谷瞬プロ初本塁打「熱男」ポーズの熱い理由「川村さんへ届ける思いで」約束果たす
宮沢博行氏、パー券還流分の使途を生放送で説明「マズいなと思いながら」石田健氏から追及される
杉村太蔵氏、岸田首相に一定の評価を下すワケ「腰抜かすほど驚く改革案」元国会議員として痛感
粗品「宮迫見てるか~?」MC務めるフェスでステージから呼びかけ 宮迫博之にかみつき騒動最中