2018 Fiscal Year Research-status Report
Challenge to enhance the mechanical property of polymeric materials by introducing bio-inspired folding structure
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18K19105
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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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2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | 高分子材料物性 / 生体模倣 / 強靭化 / 動的結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ゴムなどに代表される架橋ポリマーは産業上重要な構造材料であり、その信頼性向上のために高靱性化が常に求められている。本研究は、自然界の高靭性材料にヒントを得た局所的な「折りたたみ構造」モチーフを単純な合成ポリマーに導入し、架橋ポリマー材料を高靱性化する普遍的な方法を確立することを目的としている。
初年度となる2018年度には、まず一般的な熱可塑性エラストマーのモデル系としてハード-ソフト-ハード型トリブロック共重合体を採用し、そのソフトセグメント中への分子内架橋による折りたたみ構造の導入方法の検討および物性に及ぼす影響を調査した。様々な検討の結果、制御ラジカル重合とオレフィンメタセシス反応による分子内ホモカップリングにより、分子内選択的に共有結合による架橋を導入することに成功した。同様の型の熱可塑性エラストマーに分子内選択的な架橋を導入した例はこれまでになく、本研究が初めての例である。引張試験により折りたたみ構造の有無による力学特性への効果を評価したところ、当初の予想とは逆に、折りたたみ構造の導入により弾性率が低下するという結果を得た。これは、分子を折りたたむことにより絡み合い点が減少したこと、および折りたたみが強固な共有結合で構成されており、応力によって解ける/再び折り畳まれることができないことが原因であると考えられる。上記の結果を受けて、水素結合などの動的・可逆な結合による折りたたみ構造の実現に向けた分子設計および合成の検討も開始した。
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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
本研究は、(1)折りたたみが力学特性に及ぼす効果の分析、(2)折りたたみの効果の普遍性の検証、および(3)可逆な折りたたみの実現の3段階で目標を達成する計画であり、現在までに(1)の検討がほぼ完了している。ただし、検討結果から、不可逆な折りたたみ構造では必ずしも目的とする高靱性化が達成できない可能性が出てきたため、当初計画を変更し、(3)の可逆な折りたたみ構造の実現に向けた予備的な検討を開始した。したがって、計画実施順序の柔軟な変更により残りの研究期間で当初予定を上回る成果が期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018年度の研究で明らかになった共有結合による折りたたみの効果については、当初の予想とは異なる結果となったものの、折りたたみが力学特性に及ぼす効果の一例として興味深い結果であり、引き続き検討を進め、論文として発表する。またその結果を受けてすでに検討を開始している可逆な折りたたみ構造についての検討を進め、まずは現在モデル系として用いている熱可塑性エラストマーにおける高靱性化を目指す。その上で、その他の架橋ポリマー材料への応用可能性の検証へと発展させていく。
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