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Self-Healing Ionic Elastomers that Exhibit Good Mechanical Properties

Research Project

Project/Area Number 19K05612
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 35020:Polymer materials-related
Research InstitutionGifu University

Principal Investigator

Miwa Yohei  岐阜大学, 工学部, 教授 (10635692)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywordsエラストマー / イオン / アイオノマー / 自己修復 / 引張試験 / 小角X線散乱 / ネットワーク / 強靭化 / ポリイソプレン / 結晶 / 分子量 / 動的架橋
Outline of Research at the Start

柔軟なポリイソプレンの主鎖にカルボキシ基を導入し、それらを部分的にナトリウムで中和したイオン性エラストマーは、たとえば室温で傷が自発的に自己修復するなど、従来のエラストマーには見られない特異な機能を発現する。本研究では、分子量、カルボキシ基導入量、中和金属種などの、分子構造の違いがエラストマーの物性に与える影響を詳細に明らかにし、このエラストマーの機能発現メカニズムを明かにする。さらに、無機フィラーとのコンポジット化などによる、このエラストマーの高性能化についての研究をおこなう。

Outline of Final Research Achievements

Combination of the strength and self-healing speed is the critical issue for self-healing elastomers. In this work, effects of the molecular structure of the ionically crosslinked cis-polyisoprene (PI) elastomer on the morphology, mechanical properties, and the self-healing behavior have been studied. In this elastomer, ionic groups attached to the polymer chains form ionic aggregates, and these ionic aggregates act as the physical crosslinks. In this elastomer, the ionic groups are hopping between ionic aggregates at room temperature. Namely, the ionic network dynamically rearranges. We found that the increases in the ionic group content and the molecular weight enhance the mechanical properties but reduce the self-healing rate of the elastomer. On the other hand, we also found that strong mechanical properties and autonomous self-healing capability at room temperature are combined via coexistence of ionic crosslinks and crystalline components provided via blending with trans-PI.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エラストマーは生物の皮膚のように優れた柔軟性や弾力を有する。もし、人工物であるエラストマーに生物の皮膚の様な自己修復性を付与できれば、エラストマーはそのパフォーマンスを長期間維持し、製品の長寿命化だけでなく、美しい外観の維持、安心・安全の担保、省資源・省エネなどにも大きく貢献できるに違いない。一方で、現状では、室温ですばやく自己修復するエラストマーは力学的に弱いという問題がある。本研究では、この問題を克服すべく、自己修復性のイオン性エラストマーについて、分子構造と自己修復性などのパフォーマンスの関係を詳細に調査し、より良い自己修復性エラストマーの設計のための有用な情報を得た。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (74 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (63 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 20 results) Book (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

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    • NAID

      130008095330

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  • [Presentation] CO2を利用して自己修復するイオン性シリコーンエラストマー2019

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      平健二郎、三輪洋平、宇田川太郎、沓水祥一
    • Organizer
      第68回高分子討論会
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  • [Presentation] エチレンアイオノマーにおけるイオン凝集体の局所ガラス転移温度と引張挙動の関係2019

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      小池眞人、三輪洋平、沓水祥一
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      第68回高分子討論会
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  • [Presentation] ラベル・プローブ法による高分子材料の局所物性解析2019

    • Author(s)
      三輪洋平
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      日本分析化学会 高分子分析研究懇談会 第399回例会
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  • [Presentation] An Ionic Silicone Elastomer that Quickly Self-Heals Damage with the Aid of CO2 Gas2019

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      Yohei Miwa, Kenjiro Taira, Taro Udagawa, Shoichi Kutsumizu
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      2019 Malaysia Polymer International Conference
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  • [Presentation] 力学特性と自己修復性を両立した結晶成分を有するイオン性ポリイソプレンエラストマーの自己修復メカニズムの解明2019

    • Author(s)
      山田麻友、三輪洋平、沓水祥一、新家雄
    • Organizer
      第50回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
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  • [Presentation] 結晶成分によって力学特性と自己修復性を両立したアイオノマーの自己修復メカニズムの解明2019

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      山田麻友、三輪洋平、沓水祥一、新家雄
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      第32回アイオノマーシンポジウム in 東京
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  • [Presentation] 中和金属イオン種の違いによるポリイソプレンアイオノマーの物性の変化2019

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      長谷川功季、三輪洋平、沓水祥一、新家雄
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  • [Presentation] CO2によって可塑化するシリコーンアイオノマー2019

    • Author(s)
      平健二郎、三輪洋平、宇田川太郎、沓水祥一
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      第32回アイオノマーシンポジウム in 東京
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  • [Presentation] エチレンアイオノマーにおけるイオン凝集体の局所ガラス転移温度と引張挙動の関係2019

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      小池眞人、三輪洋平、沓水祥一
    • Organizer
      第32回アイオノマーシンポジウム in 東京
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  • [Presentation] CO2ガスですばやく自己修復するイオン性シリコーンエラストマー2019

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      三輪洋平、平健二郎、宇田川太郎、沓水祥一
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      第28回ポリマー材料フォーラム
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  • [Presentation] 動的な架橋を有するイオン性エラストマー2019

    • Author(s)
      三輪洋平、沓水祥一
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      第29回日本MRS年次大会
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      三輪洋平
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      精密ネットワークポリマー研究会 第13回若手シンポジウム
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  • [Presentation] 自己修復するイオン性エラストマー2019

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      三輪洋平
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  • [Book] CO2ガスに応答して自己修復を促進する気体可塑性エラストマー(刺激応答性高分子の開発動向)2021

    • Author(s)
      三輪洋平、宇田川太郎、沓水祥一 (監修:荏原充宏)
    • Total Pages
      315
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316116
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  • [Book] 自己修復材料、自己組織化、形状記憶材料の開発と応用事例2020

    • Author(s)
      三輪洋平(分担執筆)
    • Total Pages
      7
    • Publisher
      株式会社技術情報協会
    • ISBN
      9784861047817
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 自己修復性エラストマー2021

    • Inventor(s)
      三輪洋平
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人東海国立大学機構
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2021-197411
    • Filing Date
      2021
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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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