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
知事選辞退へずまりゅう怒り「俺を舐めるのも大概にしろよ?俺みたいな大物インフルエンサーと」
朝ドラ「あんぱん」河合優実と原菜乃華がヒロイン今田美桜の妹役 今田「豪華で心強い方々」
英王室、天皇陛下にガーター勲章を授与 刻まれた日英の歴史
メッツ藤浪晋太郎ルーキーリーグで1カ月半ぶり実戦、1回を3者凡退「不安や緊張もなく…上々」
ドジャースが大谷翔平の先頭打者弾含む2打点で競り勝つ 大谷はシーズン48本ペースに突入!
三田寛子「ご命日 ずっと頭から離れず口ずさんでた」と若くして亡くなったフォーク歌手しのぶ
中央線と総武線、再び運転見合わせ 再開は午後4時ごろの見通し
「ショウヘイはストライクゾーンを理解し見事に対応している」24号&9戦連続打点を監督が称賛
梅雨に注意!食べ物をカビない・カビさせない対策 フードロスで損しないための食品別保存術
そうめんの新しい食べ方! 味の素『Cook Do®』オイスターソース×そうめんで暑い夏を乗り切ろう!
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
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
都知事選掲示板にヌードポスター ひろゆき氏「世も末」 SNSで批判噴出
イケメンだから許される!堀北真希と山本耕史の「馴れ初め」が映画化希望するレベル
「ひまそらあかね」が突如トレンド入り!都知事選に出馬した暇空茜って一体どんな人?本物なの?
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
都知事選のほぼ全裸ポスター、イメージガールが謝罪 自身が携わる商品PR活動を辞退を発表
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」
バキ童こと春とヒコーキのぐんぴぃが有吉の壁に登場!「笑いが止まらん」「地上波ゴールデンは草」
「愛が生まれた日」藤谷美和子(56)の現在がヤバい!?徘徊生活を送っていた過去も明らかに。
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
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
イケメンだから許される!堀北真希と山本耕史の「馴れ初め」が映画化希望するレベル
都知事選掲示板にヌードポスター ひろゆき氏「世も末」 SNSで批判噴出
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」
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
「愛が生まれた日」藤谷美和子(56)の現在がヤバい!?徘徊生活を送っていた過去も明らかに。
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!
松本人志飲み会参加セクシー女優「警察に相談しに行きました」報告「さすがにこれは酷すぎる」
【ネタバレ?】史実で見るキングダムの今後の展開まとめ〜中華統一までの全体像
知事選辞退へずまりゅう怒り「俺を舐めるのも大概にしろよ?俺みたいな大物インフルエンサーと」
朝ドラ「あんぱん」河合優実と原菜乃華がヒロイン今田美桜の妹役 今田「豪華で心強い方々」
英王室、天皇陛下にガーター勲章を授与 刻まれた日英の歴史
メッツ藤浪晋太郎ルーキーリーグで1カ月半ぶり実戦、1回を3者凡退「不安や緊張もなく…上々」
ドジャースが大谷翔平の先頭打者弾含む2打点で競り勝つ 大谷はシーズン48本ペースに突入!
三田寛子「ご命日 ずっと頭から離れず口ずさんでた」と若くして亡くなったフォーク歌手しのぶ
中央線と総武線、再び運転見合わせ 再開は午後4時ごろの見通し
「ショウヘイはストライクゾーンを理解し見事に対応している」24号&9戦連続打点を監督が称賛
そうめんの新しい食べ方! 味の素『Cook Do®』オイスターソース×そうめんで暑い夏を乗り切ろう!
梅雨に注意!食べ物をカビない・カビさせない対策 フードロスで損しないための食品別保存術