Optimization of polymer structure for strong van der Waals force adhesion

• Project/Area Number: 19H02445
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: Kunitake Masashi 熊本大学, 産業ナノマテリアル研究所, 教授 (40205109)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2019: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: 無機高分子 / 接着 / van der Waals力 / ネックレスポリマー / かご型シルセスキオキサン / シリコーン / POSS / ホットメルト接着 / 熱可塑性ポリマー / 透明高分子 / ポリシロキサン / ファンデルワールス力 / 熱硬化性ポリマー

Outline of Research at the Start

これまでに確立したネックレス型ポリマーの階層的構造制御技術を活かし、系統的に構造を変化させたポリマー群を合成し、現有の試料と合わせてポリマーライブラリーを構築・充実させる。ポリマーサンプル群の基本物性（一次構造、平均分子量、熱物性）を整理し、接着特性との相関性を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

We elucidated the hot-melt adhesion behavior using necklace-type siloxane polymers consisting of silsesquioxane cage units and dimetylsiloxane chains. We investigated the optimization of transparent polymer structures for solvent-free reversible hot-melt adhesions and reactive hot-melt adhesions. The radially extending phenyl groups of the cage-type silsesquioxane follow the sub-nanoscale surface morphologies on the surface like anchors, and good contact (wettability) is achieved by soft siloxane chains connecting the bulky cage units.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

親水基板にも疎水基板にも、化学反応無しで強い接着力を発揮するホットメルト接着剤のためのポリマーのデザインを明らかにした。かご型シルセスキオキサンから放射状に突出したフェニル基が表面の凹凸に入り込むことと、かご型シルセスキオキサンをつなぐソフトなジメチルシロキサン鎖が交互に繋がれたネックレス構造のデザイン的優位性が明らかになった。自動車からスマホまで、あらゆるところで可逆で強靭な接着は、ますます複雑化・多機能化する各種デバイス製造のキーとなる技術であり、今回の研究の成果は、高機能接着剤開発への指針となったと考えられる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミシガン大学(米国)
• [Journal Article] Multimotion of Marangoni Propulsion Ships Controlled by Two-Wavelength Near-Infrared Light (2021)
  • Author(s): Watanabe Satoshi、Arikawa Kazuki、Uda Makoto、Fujii Syuji、Kunitake Masashi
  • Journal Title: Langmuir Volume: 37 Issue: 50 Pages: 14597-14604
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c02222
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of Gases Permeation in Necklace-Shaped Dimethylsiloxane Polymers Bearing POSS Cages (2019)
  • Author(s): Roman Selyanchyn, Shigenori Fujikawa, Naohiro Katsuta, Kazuya Suwa, Masashi Kunitake
  • Journal Title: Membranes Volume: 9 Issue: 4 Pages: 54-67
  • DOI: 10.3390/membranes9040054
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高分子材料における自己組織化によるナノ構造制御 (2021)
  • Author(s): 國武雅司
  • Organizer: 第50回電磁界理論シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 両連続相マイクロエマルション研究の最近の進展 (2021)
  • Author(s): 國武雅司
  • Organizer: ナノサイエンス研究交流会講演会
  • Invited
• [Presentation] 二次元ナノ材料開発における界面自己組織化 (2021)
  • Author(s): 國武雅司
  • Organizer: 産業ナノマテリアル研究所キックオフシンポジウム
• [Presentation] 分子の気持ちで考える自己組織化 ― 高分子ナノ材料における高次構造と特性相関― (2020)
  • Author(s): 國武 雅司
  • Organizer: 第50回石油・石油化学討論会
  • Invited
• [Presentation] ネックレス型無機ポリマーの階層的高次構造制御 (2020)
  • Author(s): 國武 雅司
  • Organizer: 第20回中国四国地区高分子材料研究会
  • Invited