2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high performance adhesives composed of rigid and flexible siloxane polymers containing catechol structures
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19H02781
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| Research Institution | Kagoshima University |
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Principal Investigator |
金子 芳郎 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (80404474)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ポリシルセスキオキサン / ポリシロキサン / 接着剤 / カテコール / ハイブリッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度は、高い割合でカテコール成分が側鎖に導入されたラダー状ポリシルセスキオキサン（PSQ）および直鎖状ポリシロキサン（PS）の創製と接着特性について検討した。
まず、当研究室で既に開発されたアンモニウム側鎖基含有ラダー状PSQ（PSQ-Am）および直鎖状PS（PS-Am）と1,1’-カルボニルジイミダゾールをトリエチルアミン存在下、脱水DMSO中で反応させることにより、カルボニルイミダゾール基含有シロキサンポリマー（PSQ-CImおよびPS-CIm）を合成した。次に、PSQ-CImおよびPS-CImとアミノ基を有するカテコール誘導体（ドーパミン塩酸塩）をトリエチルアミン存在下、脱水DMF中で反応させることにより、カテコール成分がウレア結合を介して導入されたシロキサンポリマー（PSQ-U-Ph(OH)2およびPS-U-Ph(OH)2）を合成した。カテコール成分の導入率は約60-75%であった。
これらのポリマー溶液を用いてアルミニウム板を接着させ（接着面積：125 mm2）、室温での引張せん断試験を行ったところ、どちらのポリマーにおいても強力な接着性を示した（剥離したときの応力：約3.9-5.6 N/mm2）。また、接着させたアルミニウム板に5 kgの重りを吊り下げ、オーブンで加熱したところ、PS-U-Ph(OH)2で接着させた基板では120℃まで加熱すると剥離したのに対し、PSQ-U-Ph(OH)2で接着させた基板では200℃に加熱しても重りは落下せず、接着性を維持していた。DSC測定より、PSQ-U-Ph(OH)2では200℃以下にTgが観測されないことがわかった。すなわち、PSQ-U-Ph(OH)2は200℃以下では軟化せず、このことからPSQ-U-Ph(OH)2で接着されたアルミニウム板は200℃のような高温下でも接着性を維持できたと考えている。
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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
当初の計画で予定していたアンモニウム基含有水溶性ラダー状PSQ（PSQ-Am）および直鎖状PS （PS-Am）側鎖への、カルボキシル基含有カテコール誘導体の縮合剤を用いた導入反応を検討したが、カテコール成分の導入率が20-30%程度までしか上がらず、マルチマテリアル化で利用が期待されているアルミニウムに対する良好な接着性が得られなかった。
そこでカテコール成分の他の導入方法として、PSQ-AmおよびPS-Amに対して、アミノ基を有するカテコール誘導体（ドーパミン）の1,1'-カルボニルジイミダゾールを用いた導入反応を検討した。その結果、尿素結合を介して比較的高い割合（70%以上）でカテコール成分が導入されたラダー状PSQ（PSQ-U-Ph(OH)2）および直鎖状PS（PS-U-Ph(OH)2）が得られ、これらのシロキサンポリマーがアルミニウム板に対して非常に強力な接着性を示すことを明らかにした。さらに、PSQ-U-Ph(OH)2は200℃のような高温下でも接着性を維持できることがわかった。以上のように初年度の目標をある程度達成することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、衝撃に対する接着性の向上や熱膨張係数の異なる異種材料の接着を可能にするためのシロキサンポリマー接着剤として、剛直構造のPSQ-U-Ph(OH)2と柔軟構造のPS-U-Ph(OH)2の混合物による接着性の評価を行う。さらに剛直性と柔軟性のバランスの取れたシロキサンポリマーとして、PSQ-U-Ph(OH)2とPS-U-Ph(OH)2の両方の繰り返しユニットをもつ共重合体を合成し、接着性の評価を行う。また、接着剤自体の力学強度を向上させるために、接着過程でシロキサンポリマー同士が架橋するような官能基も導入する。一方で、被着体はアルミニウムに加えて樹脂も用いて検討する。
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