2022 Fiscal Year Annual Research Report
水素結合を導入した高強度バイオマスエラストマーの設計と開発
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20K15052
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
黒川 成貴 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特別研究員 (50837333)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 再生可能資源 / 水素結合 / エラストマー / 生分解性 / 粘弾性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，バイオマス由来の液状高分子であるPoly(4-methyl caprolactone)(PMCL)の分子鎖間に水素結合を導入すること，および材料内部における水素結合の分布制御をおこなうことで石油由来の汎用エラストマーに匹敵する熱物性・力学特性を有する実用可能なバイオマスエラストマーの開発を目的としている．昨年度は，分子量の異なるPMCLプレポリマーを合成し，その後Hexamethylene diisocyanate (HDI) を用いたウレタン化によってPMCLを連結することで，ウレタン基量の異なるPMCL-PUを数種類合成した．このとき，最も高い分子量を有するPMCL-PUにおいて弾性率が最大となり，これはウレタン基による水素結合だけでなく分子鎖の絡み合いによる架橋点が多く存在したためであると考えられる．
当該年度においては，プレポリマーであるPMCLの連結に用いるジイソシアネートの種類を変更し，その構造と力学特性を評価した．このとき，PMCLプレポリマーの分子量は全ての試料で同一とした．具体的には，構造内に芳香環を1つ有するm-Xylylene diisocyanate，および2つ有するMethylene diphenyl diisocyanate (MDDI) をPMCLの連結時に用いた．芳香環の量の増加にともない，ガラス転移点が上昇する傾向が見られた．また，HDIを用いたときは弾性率が200 kPa程度であったのに対し，MDDIを用いると弾性率が1.0 MPaまで大幅に向上することが確認された．FTIRの解析から，MDDIを用いたときに水素結合に由来するピークが大きく見られ，水素結合量が増加していることが示唆された．これは，芳香環の導入によりウレタン基部分の剛直性が向上し，水素結合が構築しやすくなったためであると考えられる．
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