| Project/Area Number |
21H05027
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section E
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
山子 茂 京都大学, 化学研究所, 教授 (30222368)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
遊佐 真一 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (00301432)
馬見塚 拓 京都大学, 化学研究所, 教授 (00346107)
竹中 幹人 京都大学, 化学研究所, 教授 (30222102)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥191,230,000 (Direct Cost: ¥147,100,000、Indirect Cost: ¥44,130,000)
Fiscal Year 2024: ¥32,630,000 (Direct Cost: ¥25,100,000、Indirect Cost: ¥7,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥32,630,000 (Direct Cost: ¥25,100,000、Indirect Cost: ¥7,530,000)
Fiscal Year 2022: ¥32,630,000 (Direct Cost: ¥25,100,000、Indirect Cost: ¥7,530,000)
Fiscal Year 2021: ¥60,710,000 (Direct Cost: ¥46,700,000、Indirect Cost: ¥14,010,000)
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| Keywords | 超分岐ポリマー / デンドリマー / 制御ラジカル重合 / 絡み合い / 修復性材料 / 多分岐ポリマー / 有機テルル / 自己修復性材料 / ポリマーリサイクル / TERP / 機能性高分子 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、構造の制御された超分岐高分子(HBP)の末端置換基の分子間相互作用を利用する新しい高分子材料創製法を提案し、この実現を図る。すなわち、研究代表者が開発した、リビングラジカル重合を用いる、構造制御と実用性の両方を兼ね備えたHBP合成法を基盤とし、この技術の合成面での深化による機能と構造の多様化に加え、最先端解析技術を用いたHBP凝縮構造と物性の解明、さらに実験結果のデータベース化とAIを用いた機械学習によるHBP反応・材料インフォマティックスの統合的な構築を行う。これにより、高機能性とリサイクル性に優れた、次世代合成高分子材料創製を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) HBP合成の深化と新しいHBP分子の創製、2) HBPの物性・機能の解明、3) HBP合成・物性・機能インフォマティクスの構築、について検討を行った。
1) においては、前年度に確立したエマルジョン重合系をHBP合成へと利用することで、分岐数が255に達する、第8世代のHBPの合成に初めて成功すると共に、ブロック重合により線状構造と分岐構造、あるいは異なる分岐構造からなるトポロジカルブロック重合体の合成に成功した。さらに、合成したホモHB-ポリアクリル酸ブチル（HBPBA）およびトポロジカルブロックPBAの固有粘度測定により、同じ分子量を持つ高分子においても、分岐構造とトポロジーの違いにより、系統的に粘度が変化することを明らかにした。
2) においては、本研究で合成されるHBPの構造の制御に関する妥当性を明らかにするため、確率論的シミュレーションにより解析を行った。その結果、分散度の広がりが分岐点数の分布に由来しており、停止反応などの副反応の影響ではないことを明らかにした。さらに、分子量の分布が広くなっても、分岐構造自体は制御されていることも示唆された。加えて、分岐構造生成したHBPの構造の分布の解析により、予想された分岐構造を持つHBの重量分布が最も多いことを明らかにした。さらに、実験的にもレオロジー測定により、分岐構造が高度に制御されていることが示唆された。
3) に関しては、昨年度に引き続きラジカル共重合に関する文献データの網羅的に収集し、データベースの構築を行ない、ウェブ上で公開した（https://copoldb.jp/, https://www.copoldb.jp/）。さらに、このデータベースを用いた機械学習により、共重合性に及ぼす因子の定量化について予備的検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の提案に沿って進行していることから、この判断を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討により、合成したHBPの分岐構造が高度に制御されていることが実験的にもシミュレーションからも示されたことから、本研究提案の本丸であるHBPの末端基を用いた相互作用による高分子材料創製について重点的に検討を行う。予備的検討に基づき、ホスト―ゲスト相互作用等の相補的な相互作用の利用をまず検討する。そこで、それに対応する機能基・官能基を持つTEMPOあるいはモノマーの合成と、その光カップリング反応やエマルジョン重合を用いたブロック共重合による機能基・官能基の導入方法について検討を行う。これらのHBPサンプルに関して、HBPの構造と物性・機能の解明と、HBPの特性を活かした材料創製について検討を行う。研究の進捗状況を見ながら、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の同じ官能基同士で相互作用を行う官能基の導入について検討を行う。さらに、これと並行して、多価重合制御剤を用い、複数のデンドロン骨格を持つデンドリマーやポリデンドロンの合成についても検討を行ない、トポロジーが末端相互作用に及ぼす効果についても検討を行う。
具体的な解析にいては、レオロジー測定と放射光小角X線散乱、中性子散乱や光散乱測定を継続することで、HBPの構造－物性相関についてより詳細なデータを得る。これに加え、ホモHBPやトポロジカルブロック（共）重合体を線状高分子に分散させたポリマーブレンド凝縮系についても、HBPの添加による絡み合いの制御と、線状高分子の補強効果に着目した物性と構造解析について検討を行う。これらを通じ、末端官能基の相互作用によるHBP高分子同士の凝縮・解離に基づく、自己修復性とリサイクル性を解明する。さらに、これらのデータをすべてデータベース化する。
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| Assessment Rating |
Interim Assessment Comments (Rating)
A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.
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