Synthesis, self-assembling structure and phase transition behavior of switching includion complex

• Project/Area Number: 16K17909
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Polymer chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Maeda Rina 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (90771725)
• Research Collaborator: Uenuma Shuntaro ; Kobayashi Ryota ; Kasai Kengo
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 自己組織化 / 超分子 / ポリロタキサン / ブロック共重合体 / ナノシート / ポリマー / 環状分子 / シクロデキストリン / 力学物性 / 小角X線散乱 / 広角X線散乱 / ミクロ相分離 / ナノ材料 / 高分子構造・物性 / 構造・機能材料 / 高分子合成

Outline of Final Research Achievements

We synthesized a series of novel polyrotaxanes and pseudo-polyrotaxanes consists of poly(ethylene glycol)-b-poly(propylene glycol)-b-poly(ethylene glycol) triblock copolymer and β-cyclodextrin. The self-assembling structure and phase transition behavior of these materials were revealed by small angle X-ray scattering (SAXS), wide-angle X-ray scattering (SAXS). It was found that themacroscopic mechanical properties of polyrotaxane can be changed from a melt state to an elastic one by manipulating the ring positions.Another important finding was the self-assembling nanosheet structure made of pseudo-polyrotaxanes with a dimension of 10-20 nm thickness and 1-2 um size.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

私たちの身の回りの様々な有機材料（個装材料、車の内装材料、タイヤ、容器、電子部品）などの硬さや割れにくさ、しなやかさ、耐熱性などの性質は、有機材料内部の分子の自己組織化（似ている分子がお互いにより集まる性質）によって大きく左右される。本研究ではポリロタキサンというネックレス状の新しい分子を用いることで、分子の自己組織化構造を操る新手法を解明した。

Research Products

• [Journal Article] Drastic Change of Mechanical Properties of Polyrotaxane Bulk: ABA-BAB Sequence Change Depending on Ring Position (2019)
  • Author(s): Uenuma Shuntaro、Maeda Rina、Kato Kazuaki、Mayumi Koichi、Yokoyama Hideaki、Ito Kohzo
  • Journal Title: ACS Macro Letters Volume: 8 Issue: 2 Pages: 140-144
  • DOI: 10.1021/acsmacrolett.8b00896
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-assembled Structure of Polyrotaxane Consisting of β-Cyclodextrin and Poly(ethylene oxide)-block-poly(propylene oxide)-block-poly(ethylene oxide) Triblock Copolymer in Bulk System (2016)
  • Author(s): Shuntaro Uenuma, Rina Maeda, Shoko Takahashi, Kazuaki Kato, Hideaki Yokoyama, and Kohzo Ito
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 45 Issue: 8 Pages: 991-993
  • DOI: 10.1246/cl.160490
  • NAID: 130005254630
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Force-responsive hydrogel made of block polyrotaxane (2018)
  • Author(s): Rina Maeda, Masayuki Taniguchi Shuntaro Uenuma, Koichi Mayumi, Hideaki Yokoyama, Kohzo Ito
  • Organizer: 1st International Conference of 4D Materials and Systems
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Highly stretchable self-recovering and adhesive polyrotaxane thermoplastic elastomer (2018)
  • Author(s): Maeda, R.; Uenuma, S.; Kobayashi, R.; Mayumi, K.; Yokoyama, H.; Ito, K.
  • Organizer: American Chemical Society Fall Meeting 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Polyrotaxane made of a self-assembling cyclodextrins with weak hydrophobic interactions shows viscoelastic, self-recovering and self-adhering property (2018)
  • Author(s): Rina Maeda
  • Organizer: 第19回国際シクロデキストリンシンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Polyrotaxane thermoplastic elastomer shows large tand, shape-recovering and self-adhering property (2018)
  • Author(s): Rina Maeda
  • Organizer: CEMSupra2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Self-assembled Structure and Mechanical Properties of Polyrotaxane Consisting of Triblock Copolymer as a Main Chain (2018)
  • Author(s): Shuntaro Uenuma
  • Organizer: CEMSupra2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ポリロタキサンの階層的自己組織化を利用した熱可塑性エラストマーの創成 (2017)
  • Author(s): 前田利菜
  • Organizer: 第34回シクロデキストリンシンポジウム
• [Presentation] β-CDとPEO-PPO-PEOトリブロックコポリマーからなるポリロタキサンの自己組織化構造の制御 (2017)
  • Author(s): 上沼駿太郎
  • Organizer: 第34回シクロデキストリンシンポジウム
• [Presentation] 高いエネルギー散逸と自己形状回復性を有するポリロタキサンTPE (2017)
  • Author(s): 前田利菜
  • Organizer: 第66回高分子学会年次大会
• [Presentation] トリブロック共重合体を軸分子としたポリロタキサンの自己組織化構造 (2017)
  • Author(s): 上沼駿太郎
  • Organizer: 第66回高分子学会年次大会
• [Presentation] 環状分子の自己組織化を利用したポリロタキサンTPE (2017)
  • Author(s): 前田利菜
  • Organizer: 第66回高分子学会討論会
• [Presentation] 軸分子にトリブロック共重合体を用いた ポリロタキサンが形成する自己組織化構造の制御 (2017)
  • Author(s): 上沼駿太郎
  • Organizer: 第66回高分子学会討論会
• [Presentation] 高いエネルギー散逸と自己形状回復性を有するポリロタキサンTPE (2017)
  • Author(s): 前田利菜
  • Organizer: 第57回TPE技術研究会
  • Invited
• [Presentation] Dynamic self-assembly and physical properties of polyrotaxane thermoplastic elastomer (2016)
  • Author(s): Rina Maeda, Shuntaro Uenuma, Mayumi Koichi, Hideaki Yokoyama and Kohzo Ito
  • Organizer: The 11th SPS International Polymer Conference
  • Place of Presentation: Fukuoka International Congress Center(Hakata, Fukuoka)
  • Year and Date: 2016-12-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Meso-scale structure of polyrotaxane consisting of triblock copolymer as a main chain (2016)
  • Author(s): Shuntaro Uenuma, Rina Maeda, Shoko Takahashi, Kazuaki Kato, Hideaki Yokoyama, and Kohzo Ito
  • Organizer: The 11th SPS International Polymer Conference
  • Place of Presentation: Fukuoka International Congress Center(Hakata, Fukuoka)
  • Year and Date: 2016-12-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamic self-assembly of polyrotaxane thermoplastic elastomer (2016)
  • Author(s): Rina Maeda, Shuntaro Uenuma, Mayumi Koichi, Hideaki Yokoyama and Kohzo Ito
  • Organizer: 2016 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, Massachusetts (US)
  • Year and Date: 2016-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 動的な自己組織化構造を有するポリロタキサン熱可塑性エラストマー (2016)
  • Author(s): 前田利菜、上沼駿太郎、眞弓皓一、横山英明、伊藤耕三
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学 横浜キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-14
  • Invited
• [Presentation] 軸分子にトリブロック共重合体を用いたポリロタキサンの自己組織化構造 (2016)
  • Author(s): 上沼駿太郎、前田利菜、高橋祥子、加藤和明、眞弓皓一、横山英明、伊藤耕三
  • Organizer: 第65回高分子討論会
  • Place of Presentation: 神奈川大学 横浜キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 動的な自己組織化構造を有するポリロタキサンからなる熱可塑性エラストマー (2016)
  • Author(s): 前田利菜, 上沼駿太郎, 眞弓皓一, 横山英明, 伊藤耕三
  • Organizer: 第33回シクロデキストリンシンポジウム
  • Place of Presentation: かがわ国際会議場（香川県高松市）
  • Year and Date: 2016-09-07
• [Presentation] β-シクロデキストリンとPEO-PPO-PEOトリブロック共重合体からなるポリロタキサンの自己組織化構造 (2016)
  • Author(s): 上沼駿太郎, 前田利菜, 高橋祥子, 加藤和明, 眞弓皓一, 横山英明, 伊藤耕三
  • Organizer: 第33回シクロデキストリンシンポジウム
  • Place of Presentation: かがわ国際会議場（香川県高松市）
  • Year and Date: 2016-09-07