力学応答性を示す強靭でしなやかなメタロポリマーの開発

• 研究課題/領域番号: 21K05203
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分35020:高分子材料関連
• 研究機関: 関西大学
• 研究代表者: 曽川 洋光 関西大学, 化学生命工学部, 准教授 (90709297)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: メカノクロミズム / メタロポリマー / ポリウレタン / 白金錯体 / エラストマー / 引張試験 / 蛍光

研究開始時の研究の概要

本研究では，蛍光色を自在チューニング可能なメカノクロミックポリウレタンの合成とその機械的特性の評価を目的とする。この目的達成のために，種々の白金-アセチリド錯体をポリウレタン主鎖中に導入し，その蛍光特性と機械的特性を関連付けながら，各種測定を行う。これに加え，本系で合成するポリウレタンの構造と力学応答性の相関，つまりはナノレベルの分子構造がマクロレベルの物性に及ぼす影響を明らかにすることを目標とする。

研究実績の概要

本研究では，力学応答性を示す白金錯体をポリウレタン主鎖中に組み込むことで，外部応力に応じて鋭敏に蛍光色が変化する強靭性としなやかさを併せ持つメカノクロミックメタロポリマーの開発を目指す。2021年度までに，アルコール部位を有するメカノクロミック白金-アセチリド錯体をモノマーに用いたポリウレタンを合成し，これをすり潰すことで橙色から褐色の蛍光変化が起こることを明らかとしている。しかしながら，得られたポリウレタンは成膜性に乏しく，その力学特性の評価が困難であった。
そこで2022年度はアルコール部位を有するメカノクロミック白金-アセチリド錯体を用いたセグメント化ポリウレタンの合成を実施した。白金-アセチリド錯体含有ジオールと1,6-ヘキサメチレンジイソシアナートに加え，長鎖ジオールとしてポリ（テトラヒドロフラン）（Mn = 2,000），鎖長延長剤として1,4-ブタンジオールを用いて，対応する白金-アセチリド錯体含有セグメント化ポリウレタンを得た。得られたポリウレタンはポリスチレン換算でMw > 100,000の分子量を有し，また成膜性にも優れていた。THFのキャストフィルムより得られたダンベル試験片を用いて引張試験を実施した結果，その引張強度，引張伸度はそれぞれ10 MPa，1,000%以上のであり，良好な力学強度を有していることを見出した。またその伸長時のダンベル試験片の蛍光色をCIEプロットにより解析したところ，伸長に伴い，色調が変化していることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初計画した通り，良好な力学強度とメカノクロミック挙動を示すポリウレタンの合成に成功しているため。

今後の研究の推進方策

2023年度は，2022年度合成した白金錯体含有セグメント化ポリウレタンの定量的なメカノクロミック挙動の解析を実施する。加えて，白金錯体モノマーの量比を増やしたものの合成も検討し，その色調変化の差異を確認する。またセグメント化ポリウレタンのX線構造解析も実施する予定である。さらに，現在導入している白金錯体モノマーの共役ユニットを変更し，異なる蛍光色変化を示すメカノクロミックポリウレタンの合成も検討する。