2017 Fiscal Year Annual Research Report
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17H03111
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
吉江 尚子 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (20224678)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 高分子材料物性 / 動的結合 / 強靭化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、イガイ足糸の相分離構造に着想を得て申請者らが開発した強靭性ブロック共重合体PB-b-P(N-r-B)-b-PB(Bは動的結合性モノマー、Nは非動的結合性かつ柔軟なモノマー)の強靭化機構を解明し、従来材料を凌駕する高強度・高信頼性材料のための分子デザイン基本原理を明らかにすることを目的としている。
29年度はまず、セグメント長がP(N-b-B)>>PBの場合について、全重合度、セグメント長比を系統的に変化させた時の特性を解析した。その結果、両末端のPBセグメント長比を変えた場合に機械特性(特に弾性率、破断強度)が変化し、特定のPBセグメント長比のときに靭性が最大となることなどを明らかにした。このような非対称型における強靭化現象は、長いPBセグメントは強固なハードドメインを形成して実質的に永久架橋として働くのに対し、短いPBセグメントは外力によりハードセグメントから引き抜かれたり、P(N-b-B)セグメントがつくるソフトマトリックス内に留まったりする一時架橋として働くことによると考えている。今後、この仮説を支持するデータをさらに集積し、ブロック共重合体構造の最適化を推し進める予定である。
また、動的結合の強さや寿命の影響の解析も進めた。硬質モノマーMを導入したP(M-r-B)-b-P(N-r-B)-b-P(M-r-B)型ブロック共重合体(Mは硬質モノマー)の解析を行い、末端P(M-r-B)セグメントがつくるハードドメインと中央-P(N-r-B)セグメントがつくるソフトマトリックスの界面に存在する動的結合が強靭化に大きく貢献していることを明らかにした。申請者は相間の動的架橋こそが強靭性の鍵であると考えて一連のブロック共重合体をデザインしており、このような結果が得られたことは大きな前進である。
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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
29年度は、全重合度とブロック長比を系統的に変化させ、更なる材料特性の向上を行うこと、及び、動的結合の強度と寿命の影響を解析することの2項目を計画した。第1項目については、非対称型ブロック共重合体の開発により達成した。第2項目については、当初、29年度は動的結合の変更を通じて解析することを計画していたが、分析に適した硬質モノマーを先に見出すことができたため、30年度に計画していたP(M-r-B)-b-P(N-r-B)-b-P(M-r-B)型ブロック共重合体(Mは硬質モノマー)の解析を先に行った。この結果、実績の概要欄に記載した通り、申請者が本ブロック共重合体の高靭性の鍵を握ると予想していたソフト-ハード相間の動的結合の効果を明らかにすることができたため、当初計画から変更はあったが、3年の研究期間の1年目として順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
ブロック共重合体の構造を非対称型とすることが材料特性に与える影響は、29年度の研究でおおむね明らかにすることができたが、実績の概要欄に記載したような新たな強靭化メカミズムの寄与が考えられたことから、30年度も引き続き、詰めの作業を行って、新たな分子デザインコンセプトとして確立したい。また、29年度に開発したモノマーMおよび、その開発過程で得られた硬質モノマーの取扱いに関する知見は、当初計画の項目３「硬質材料への動的結合の導入効果の検討」に役立つものである。これまで、本強靭性ブロック共重合体の検討はセグメント長がP(N-b-B)>>PB(またはP(M-r-B))の柔軟な材料(エラストマー)に絞ってきた。しかし、自動車や電子機器等の外装・内装に利用可能な硬質材料の靭性強化が社会的に強く求められていることから、30年度の研究では、29年度の研究で先送りした動的結合を変えたときの効果の検討も並行して進めるが、P(M-r-B)セグメント長が相対的に長い場合の検討に注力し、硬質材料への動的結合導入効果を明らかにしたい。
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