階層構造とトポロジーを利用した濃厚ポリマーブラシの迅速自己修復と耐久性向上

Research Project

Project/Area Number	23K26026
Project/Area Number (Other)	23H01331 (2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related Basic Section 18030:Design engineering-related Sections That Are Subject to Joint Review: Basic Section18030:Design engineering-related , Basic Section18040:Machine elements and tribology-related
Research Institution	Tsuruoka National College of Technology
Principal Investigator	荒船博之鶴岡工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (90707811)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥19,370,000 (Direct Cost: ¥14,900,000、Indirect Cost: ¥4,470,000) Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2024: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000) Fiscal Year 2023: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000)
Keywords	ポリマーブラシ / ポリマーゲル / 自己修復 / トライボロジー
Outline of Research at the Start	消費型から循環型への社会移行において高効率かつ長寿命なプロセス開発を可能とする低摩擦材料の開発は不可避の課題である。基材内部からの表面偏析により形成された濃厚ポリマーブラシ(CPB)は超潤滑と自己修復性をあわせもつ一方、実用化においては超潤滑が平滑面に限定されるなど課題に残る。そこで本研究ではポリマーゲルとCPBを複合し、ポリマー分子の化学物性やトポロジカル構造制御により実用に耐えうる自己修復性潤滑材の開発を行う
Outline of Annual Research Achievements	消費型から循環型への社会移行において高効率かつ長寿命なプロセス開発を可能とする低摩擦材料の開発は不可避の課題である。基材内部からの表面偏析により形成された濃厚ポリマーブラシ(CPB)は超潤滑と自己修復性をあわせもつ一方、実用化においては遅い自己修復や超潤滑が平滑対向面に限定されるといった課題が残る。本研究ではダブルネットワークゲルの構成要素であるポリマーネットワークと溶媒層をそれぞれCPBの担持相と拡散相として適用したCPB複合ゲルを開発し、ゲル骨格の架橋構造、CPBの形状・分子量を制御することで迅速な分子拡散と高耐久性を有し、超潤滑を粗面においても発現する自己修復性材料の創製と制御を狙う。本年度はCPBの担持相としてシリコーン系ポリマーをベースとしたダブルネットワークゲルの合成条件の検討と機能評価、およびCPBの界面構造解析を行った。シリコーン系ポリマーは疎水性が高く、内部に担持させた親水性ポリマーの水界面への相分離によるCPB形成が期待できる。組成変化させた各種ゲルの機械的強度試験および接触角試験から、得られたゲルがCPB複合ゲル骨格として適用可能であることを見出した。また、複合ゲルの高機能化においてはポリマーブラシの密度が耐久性や自己修復性といった機能発現において重要となる。そこで重水界面におけるポリマーブラシの中性子反射測定による界面構造評価を行ったところ、高密度・高伸長したCPBであることを見出した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本研究の基盤となるCPB複合ゲルの骨格構造の設計指針が得られた。
Strategy for Future Research Activity	CPB複合ゲルにおける耐久性や分子拡散性と構成ポリマーの分子構造との関係性を明らかにするため、組成変化させたゲルの機械的強度試験および表面特性評価を行う。また、分光測定を利用した新規界面構造解析手法の開拓を行っていく。