2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design and development of silica-based self-healing materials
| Project/Area Number |
20H02826
|
|---|
| Research Institution | Waseda University |
|---|
Principal Investigator |
下嶋 敦 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90424803)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 自己修復 / ポリシロキサン / エラストマー |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、フッ化物イオンを内包したカゴ型ゲルモキサンを用いた自己修復性シリコーンエラストマーの作製について検討した。フッ化物イオンはシロキサン結合の再配列の触媒となることが知られており、ポリシロキサン材料に生じたクラックなどの損傷の修復に利用できると考えられる。本研究では、フッ化物イオンをポリシロキサン材料中に均一に導入し、また外部への溶出を抑制するために、フッ化物イオンを内包したカゴ型ゲルモキサンを利用した。カゴ型ゲルモキサン骨格は頂点GeOH基のシリル化によってビニル基などの官能基修飾が可能であることから、ポリシロキサン材料中に分子レベルで組み込むことが可能である。また、Ge-O-Ge結合は加水分解により比較的容易に開裂することから、クラックなどの発生時に空気中の水分に曝されることで、内包されたフッ化物イオンが放出されると期待される。
カゴ型ゲルモキサン骨格の頂点にジメチルビニルシリル基を修飾した後、末端SiH基を有するポリジメチルシロキサン(PDMS)とのヒドロシリル化反応によって、透明なシロキサンエラストマーを得た。カゴ型ゲルモキサン骨格を大部分保持しながら架橋反応が進行したことをNMR等によって確認した。このエラストマーを切断した後、切断面を密着させた状態で高湿度の雰囲気下で数日静置したところ、切断面が接着された。高湿度雰囲気下でカゴ型ゲルモキサン骨格が開裂し、フッ化物イオンが放出されたことが確認された。フッ化物イオンを含まないカゴ型シロキサンを用いて作製したエラストマーでは同様の修復は起こらなかったことから、フッ化物イオンの作用によるシロキサン結合の再配列が修復に寄与していると推定された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フッ化物イオンを用いた新しい自己修復性ポリシロキサン材料の設計を達成しており、おおむね順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
これまでに、いくつかの新しいメカニズムによる自己修復性シロキサン材料の合成に成功している。そのなかで、初年度に報告したラメラ構造の有機シロキサン系薄膜は保護コーティングなどへの応用が期待されることから、今後、ナノ構造や組成制御により膜の硬度や化学的安定性の向上を目指した検討を行う
|
