| Project/Area Number |
24K21247
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
生越 友樹 京都大学, 工学研究科, 教授 (00447682)
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| Project Period (FY) |
2024-06-28 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2026: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2024: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
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| Keywords | ピラー[n]アレーン / ポリ擬ロタキサン / 高分子官能基化 / 汎用性高分子 / ネットワークポリマー / C-H/π相互作用 / ポリオレフィン / 分子フィラー |
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| Outline of Research at the Start |
官能基を有する高分子の合成には、主に2通りの方法がある。官能基を有するモノマーを重合する手法及び高分子の側鎖に有機反応を利用して官能基を導入する手法である。しかし、官能基を導入したモノマーを設計し重合する、又は高分子側鎖に官能基を導入できるように高分子を設計しなければならないため、汎用性高分子には適応できない。
本研究では超分子化学的な手法により、汎用性高分子に簡便に官能基の導入を行う手法を開発する。汎用性高分子鎖に、様々な官能基を有するピラー[n]アレーンを貫通させたポリ擬ロタキサン構造を固相で形成させ、汎用性高分子の官能基導入と、それに伴う固体集合構造制御による材料特性変換を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
汎用性高分子のポリ擬ロタキサン形成による簡便な官能基化の開発を目的として、CH-π相互作用により様々な汎用性高分子とポリ擬ロタキサン構造を形成することのできるピラーアレーンを輪成分として利用した。
１）ネットワークポリマーの形成：官能基としてフェノール性を有するピラーアレーンを輪成分として用い、フェノール基と反応可能なエポキシ基を有する高分子との混合によるポリ擬ロタキサンの合成を行った。その結果、ピラーアレーンはポリマー鎖に取り込まれ、結果としてポリマー鎖にフェノール性水酸基を導入することに成功した。さらにフェノール性水酸基は、ポリマーに導入したエポキシ基と反応し、それによりネットワークポリマーを形成した。架橋点であるピラーアレーンが高分子鎖上をすべることが可能であるため、剛直さとある程度の柔軟性を有した高分子フィルムを形成することが可能であった。
２）ポリ擬ロタキサン構造の形成による非相溶高分子のブレンド化：相溶しない高分子ブレンドの組み合わせである、ポリカプロラクトンとポリエチレングリコール中に、修飾ピラーアレーンを混合したところ、非相溶な組み合わせであるにもかかわらず、ポリ擬ロタキサン構造の形成により両者が混和したフィルムを得ることができた。修飾ピラーアレーンの量が少ない場合には、両者は混和しなかったことから、修飾ピラーアレーンが両者の相溶性を向上させる役割を果たしていることが明らかとなった。さらに、高分子量体のポリカプロラクトンとポリエチレングリコールの組み合わせにおいても、均一なブレンドフィルムを得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
官能基を導入したピラーアレーンと汎用性高分子とのポリ擬ロタキサンを形成させ官能基化を行ったところ、当初想像していなかった（１）環が高分子鎖上をすべるネットワークポリマー形成、（２）非相溶高分子のブレンド化を達成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）熱架橋部位を導入したピラーアレーンを利用した熱硬化性樹脂の合成
ピラーアレーンの側鎖に熱により重合が可能なアセチレン基を導入する。アセチレン基を有するピラーアレーンと汎用性高分子とのポリ擬ロタキサンを形成させ、加熱により高分子間を架橋させる。これにより、熱により溶融し成型が可能であった熱可塑性樹脂を、熱により硬化する熱硬化性樹脂へと変換できると期待される。さらなる焼成により、汎用性高分子をカーボン化させ、未利用高分子のカーボン固定化も試みる。
２）末端に開環重合性モノマーを導入したポリロタキサン形成による高分子修飾法の開発
高分子末端に開環重合性のモノマーを導入した軸分子を合成する。予備的な検討により、得られた軸分子と輪成分であるピラーアレーンを混合し、加熱攪拌を行うと、嵩高い末端である開環重合性モノマーをピラーアレーンが通過することができ、結果として、ポリマー鎖上にピラーアレーンが貫通したポリロタキサンを合成できることが分かった。本研究では、この末端に導入した開環重合性モノマーの反応性を利用し、汎用性高分子にポリロタキサン構造を組み込んだ超分子材料の創成を行う。
３）ハードセグメントとソフトセグメントを有する超分子材料の創成：ポリウレタンは、ハードセグメントとソフトセグメントの割合により、柔軟性と剛直性を自在に付与することができる高分子である。本研究では、ピラーアレーンがベンゼン環の剛直な構造からできていることからハードセグメントとしての利用を試みる。具体的には、ポリウレタンの軸上を輪成分のピラーアレーンが貫通し、貫通したピラーアレーン同士が凝集することで、ハードセグメント部位を導入したポリウレタンを合成する。
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