Functionalization of hard polyrotaxane materials facilitated by in-situ structural analysis and control of the dynamics

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02794
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kato Kazuaki 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80570069)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小椎尾 謙 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20346935) ; 星野 大樹 東北大学, 国際放射光イノベーション・スマート研究センター, 准教授 (20569173)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ロタキサン / ポリロタキサンガラス / 薄膜 / 気体分離膜 / 界面 / 接着 / X線散乱

Outline of Final Research Achievements

We performed fundamental researches on polyrotaxane glasses, which are necklace-like molecules composed of cyclic molecules and threading polymers, focusing on functions of gas separation and adhesion. We synthesized a series of polyrotaxane derivatives that were very soluble in organic solvents to enable a solvent casting. As a result, we obtained mechanically tough thin film that exhibited ductile fracture under a bulge test. The obtained membranes showed approximately 30 times higher gas permeability of carbon dioxide compared to nitrogen. Besides, we built a new method to analyze structures of buried polymer adhesives in the interface of metal substrates. This method revealed different strain distributions depending on the adhesion strengths and a strain-delocalization process.

Free Research Field

高分子材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

接着剤やガス分離膜として現在使用されている既存の高分子材料とは分子構造が異なり、環状分子と直鎖状高分子が幾何学的に連結してできたネックレス状のポリロタキサンから成る材料「ポリロタキサンガラス」には様々な特異な物性が知られている。例えば、既存の高分子ガラスにはない非常に高い高分子の運動性は気体分子等の物質透過性に影響すると考えられ、高い延性は界面に拘束された接着剤の状態でも発揮されることが期待できる。本研究では、これらの機能材料への展開の基盤となる成形法や構造解析法を確立したことで、既存の高分子材料とは異なる材料設計が可能になることが期待される。