高接着力・低残留応力・高耐久性発現のための接着界面の自在構造制御

研究課題

研究課題/領域番号	24K01554
研究種目	基盤研究(B)
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	神戸大学
研究代表者	西野孝神戸大学, 工学研究科, 教授 (40180624)
研究分担者	松本拓也神戸大学, 工学研究科, 講師 (70758078)
研究期間 (年度)	2024-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス	交付 (2024年度)
配分額 *注記	18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円) 2026年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円) 2025年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円) 2024年度: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円)
キーワード	接着 / 芳香族ポリアミド / 環境調和樹脂 / 偏在 / 界面 / 溶解度パラメータ / 残留応力 / 耐久性 / 耐久 / 高分子構造
研究開始時の研究の概要	二種類以上の材料を組み合わせる手法として，界面での化学的な相互作用を主とする「接着」が注目されている。ただし，接着に先立って，従来の多くの場合，さまざまな前処理が施されてきた。それに対して，本申請においては，まず，基板との界面自由エネルギーを最小化する高分子を簡便・安価に見出す手法を開発し，ここで最適化された高分子を自発的に偏在させることで界面層の自在制御を図り，構造と物性の精密評価を行うことで知見を集積し。最適化工程へのフィードバックを試みる。次いで，制御界面を利用して，前処理不要で，ワンポットでの高接着強度の発現，残留応力の低減，高耐久性の発現を目指す。
研究実績の概要	二種類以上の材料を組み合わせる手法として，界面での化学的な相互作用を主とする「接着」が注目されている。ただし，接着に先立って，従来の多くの場合，さまざまな前処理が施されてきた。それに対して，本申請においては，まず，基板との界面自由エネルギーを最小化する高分子を簡便・安価に見出す手法を開発し，ここで最適化された高分子を自発的に偏在させることで界面層の自在制御を図る。次いで，制御界面を利用して，前処理不要で，ワンポットでの高接着強度の発現，残留応力の低減，高耐久性の発現を目指す。 2024年度においては，環境調和性樹脂の中でも最高度の耐熱性を有する芳香族ポリアミド（ポリ(デカメチレンテレフタルアミド)(PA10T)）について，その大きな課題とされている難接着性を克服することを目的として，PA10T基板との界面自由エネルギーを最小化する汎用高分子を簡便に見出す手法の適用について検討を行った。具体的には，各種汎用高分子（ポリ塩化ビニル，ポリメタクリル酸メチル，ポリスチレン，ポリカーボネート）を溶液とし，そこに粉末化した基板成分相当樹脂を入れて振とう・静置する。本来高分子は非相溶であるため，溶液中でも相分離する。この実験を試験管中で行うと，親和性のある相に粉末は偏在する。偏在相についてはスポイトで吸い上げて，プロトン核磁気共鳴，赤外線吸収分光分析，ラマン散乱などで解析することで容易に同定できる。この実験を各種高分子について，組み合わせを変えて数回行うことで，数十種類の中で最も基板に親和性を持つ高分子を簡便かつ安価に選びだすことができる。別途，各高分子を接着剤として利用した際の接着強度をT型剥離試験から定量評価し，界面エネルギーとの相関について検討を行った。
現在までの達成度	現在までの達成度 2: おおむね順調に進展している理由 2024年度には，プライマー法の欠点を低減し，接着界面についての最新の知見を簡便かつ安価に具現化する手段を提案し，芳香族ポリアミドに対する適用に成功した。さらに，得られた知見が接着強度と対応することを見出した。この成果は当初計画した手法が計画通り成功したことを意味しており，研究は順調に進展していると評価した。
今後の研究の推進方策	本研究で提案した接着界面についての簡便評価法の適用範囲を広げることを目的に，(メタ)アクリル酸エステル共重合体について，種類，組成を変化させた共重合の合成を行い，詳細検討を行う。また，被着体についても各種ポリアミドを中心として展開範囲を広げることを推進の方策とする。接着界面の評価法として，ハンセン溶解度パラメータ法が数多く報告されており，本研究においても適用の可否を検討する。接着剤/被着体界面での残留応力をバイメタル法，X線回折法により定量評価する。この際，分子鎖骨格構造，官能基の調整により残留応力の低減化を図り，接着強度との相関の検討を進める予定である。