Hierarchical structure and mechanical property of elastomers with different two network structures

Publicly Offered Research

Project Area	Discrete Geometric Analysis for Materials Design
Project/Area Number	20H04640
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	小椎尾謙九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20346935)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥22,360,000 (Direct Cost: ¥17,200,000、Indirect Cost: ¥5,160,000) Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000) Fiscal Year 2020: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Keywords	ポリウレタンエラストマー / 架橋 / X線散乱測定 / ネットワークポリマー / ポリウレタン / 水素結合 / ネットワーク構造 / 階層構造 / 力学物性
Outline of Research at the Start	数ある材料の中で、エラストマー材料ほど、大きな変形と回復を示す材料はない。この特異な変形特性は、1. 内部に存在している高分子鎖がゴム（液体）状態で高い運動性を有していることと 2. それらの高分子鎖が架橋点でつながれてネットワーク構造を有することで達成される。ポリウレタンエラストマー(PUE)は二種類の架橋点（物理・化学架橋点）を併せ持つことが可能なゴム材料で高い破断強度を示すことが知られているが、その発現機構は明らかにされていない。本申請研究では、二種類のネットワーク構造の密度、凝集状態、両者の存在比等を制御したPUEを調製し、力学物性との相関を解明することを目的とする。
Outline of Annual Research Achievements	ゴム（エラストマー）材料ほど、力をかけると数倍伸びて、元に戻る材料はない。ゴム材料が示すこのような特異な変形特性は、1. 内部に存在している高分子鎖がゴム（液体）状態で高い運動性を有していることと 2. それらの高分子鎖が架橋点でつながれてネットワーク構造を有することで達成される。このネットワーク構造の一つの要素である架橋点は、一般的には化学架橋点と物理架橋点に大別され、通常一方の架橋点が含まれている。これに対して、ポリウレタンエラストマー(PUE)は、化学架橋点と物理架橋点の両方を併せ持つことが可能な材料である。また、PUEはゴム材料の中でも高い破断強度を示すことが知られており、二種類のネットワーク構造の存在と関連している可能性があるが、詳細は明らかにされていない。物理架橋および化学架橋を併せ持つポリウレタンエラストマー(PUE)をポリオキシテトラメチレングリコール、脂環族ジイソシアネートおよび1,4ブタンジオール、1,1,1-トリメチロールプロパンを用いて合成した。得られたPUEについて、一軸および二軸伸長過程におけるミクロ相分離構造変化を、その場小角および広角X線散乱(SAXSおよびWAXS)測定に基づき評価した。化学架橋および物理架橋を含有するPUEの場合、物理架橋のみのPUEと比較して、破断ひずみが小さく、ミクロ相分離構造変化も小さいことがSAXS測定より明らかとなった。また、前者のPUEの破断強度はやや低下した。適切な化学架橋密度を導入することで、より強靭な物性を付与できる可能性があることが示された。さらに、PUEを接着剤として用いて、金属を接合した場合の引張強度の評価を行った。化学架橋成分が増加すると、接着強度が低下することが明らかとなった。
Research Progress Status	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和3年度が最終年度であるため、記入しない。