2019 Fiscal Year Research-status Report
Self-Healing Ionic Elastomers that Exhibit Good Mechanical Properties
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19K05612
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
三輪 洋平 岐阜大学, 工学部, 准教授 (10635692)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 自己修復 / エラストマー / イオン / アイオノマー / 分子量 / 引張試験 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、申請者はシス体がリッチなポリイソプレンの主鎖のランダムな位置にカルボキシ基を導入し、それらを部分的にナトリウムで中和したイオン性エラストマーを開発した。このエラストマーでは、未中和、もしくは中和されたカルボキシ基どうしが凝集して物理架橋点を形成する。しかし、この物理架橋点は室温において恒久的なものではなく、未中和、もしくは中和されたカルボキシ基がポリマー鎖をともなって別々のイオン凝集体の間を跳び移りながら拡散する。すなわち、室温において架橋構造の自発的、かつ連続的な組み換えが起きる。この動的なイオン架橋の結果として、このエラストマーは室温での自発的な自己修復などの、従来のエラストマーには見られない特異な機能を発現する。
本年度は、このイオン性エラストマーのイオン凝集体サイズ、自己修復速度、破断強度、破断伸びなどの凝集構造や物性に対する、分子量、カルボキシ基導入量、中和度の分子構造パラメータの影響を明らかにした。まず、イオン凝集体のサイズは、これらの分子構造パラメータに依存しないことがわかった。また、中和度の低下によって組み換え速度は顕著に増加するものの、エラストマーの分子量とカルボキシ導入量の影響をほとんど受けないことがわかった。これは、この組み換え挙動がセグメントスケールで起こる現象であるためだと考えられる。一方で、エラストマーの破断強度と破断伸びは、これら分子構造パラメータの増加に従って、それぞれ増加と減少をしめした。これは、これら分子構造パラメータの増加に従って物理架橋点として作用するイオン凝集体、ないし、からみあいが増加するためであると考えられる。また、自己修復速度はこれら分子構造パラメータの増加に従って減少した。この結果は、分子構造を変化させるという単純なアプローチでは、このイオン性エラストマーの力学強度と自己修復速度の両立が困難であることを示している。
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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
当初の目的通りに、イオン性エラストマーの凝集構造および力学物性、自己修復性に対する分子構造の影響を明らかにし、論文発表も完了したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度には分子構造を変化させるという単純なアプローチでは、シス体のポリイソプレン（PI）をベースとしたイオン性エラストマーの力学強度と自己修復速度の両立が困難であることを明らかにした。一方で、イオン性エラストマーの力学強度と自己修復速度の両立を実現すべく、シス体のPIをベースとしたイオン性エラストマーに対して、半結晶性であるトランス体のPIをベースとしたイオン性エラストマーを補強材として少量ブレンドする検討をおこなったところ、トランス体PI成分をブレンドすることでエラストマーの弾性率が大きく増加する一方で、トランス体PI成分が約20wt%以下の場合には、トランス体PI成分のブレンドによる自己修復速度の顕著な低下が見られないことがわかった。すなわち、従来のイオン性エラストマーと比べて、はるかに強いにもかかわらず、自己修復速度はほぼ同等の材料が設計できることがわかった。2020年度は、このメカニズムの発現機能を詳細に解析し、明らかにする。現時点では、イオン成分の凝集によって形成された物理架橋に加えて、半結晶性のトランス体PIに由来する結晶成分が第２の物理架橋として作用することでエラストマーの力学強度を向上させていることがわかっている。しかし、なぜ結晶成分が材料の自己修復を妨げないのかを明らかにすることで、更なる材料設計のアイデアを獲得することを目指す。
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| Causes of Carryover |
例年の状況と比べて、ガラス器具、反応試薬、冷却用液体窒素などの破損や消耗を抑えることができたために、多少の繰越金が生じた。次年度実施する実験の消耗品費として使用する予定である。
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