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2016 年度 実績報告書

含水ゲル高強度化原理「DN原理」に基づく高強度エラストマーの創製

研究課題

研究課題/領域番号 26870008
研究機関北海道大学

研究代表者

中島 祐  北海道大学, 先端生命科学研究院, 助教 (80574350)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードゴム / エラストマー / タフネス / ダブルネットワーク / 犠牲結合 / 高強度 / セルロース
研究実績の概要

本年度は主に、合成高分子、セルロースを第1網目とした各DNエラストマーについて組成最適化を行った。
合成高分子システムにおいて、既にある程度強靭なDNエラストマーは得られている。しかし、おそらく第1網目に対する第2網目の濃度が十分でないため、研究開始前に想定したタフネスや破断歪が得られないという問題があった。本問題に対し2種類の方法でアプローチを行った。まず第1網目に電解質を組み込むこと、また第2網目合成時の誘電率をコントロールすることにより、第2網目前駆体溶液中で第1網目を大きく膨潤させることに成功した。これにより第1網目の希薄化に成功し、従来よりも両網目組成比が最適化されたDNエラストマーを創製した。また、第1網目を極めて希薄、高架橋密度条件で合成し、その内部で第2網目を重合することにより、第1網目の膨潤に頼ることなく両網目組成比を最適化する手法も開発した。これらの手法により、極めて優れた強度と破断歪を有する合成高分子系DNエラストマーを創製した。
セルロースシステムにおいて、セルロースをゲル化させる際の水添加の方法を工夫することにより、セルロースDNエラストマーの物性をさらに向上させることに成功した。得られたDNエラストマーは、セルロースを2.5wt%添加することで、セルロース未添加エラストマーの20倍もの破壊エネルギーを有するに至った。これは、天然ゴムやスチレン―ブタジエンゴムに30vol%のカーボンブラックを添加した際の破壊エネルギー向上率(約3-4倍)を大きく上回る値である。さらに、セルロースのゲル化過程を制御することで配向を導入し、セルロース配向方向には高強度、配向と垂直方向には髙延伸という、物性に大きな異方性を有するDNエラストマーの開発も行った。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Generalization of the Sacrificial Bond Principle for Gel and Elastomer Toughening2017

    • 著者名/発表者名
      Tasuku Nakajima
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1038/pj.2017.12

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Study on requirements of the first network for tough double network gels2017

    • 著者名/発表者名
      Tasuku Nakajima, Takayuki Kurokawa, Jian Ping Gong
    • 学会等名
      APS March Meeting 2017
    • 発表場所
      ニューオーリンズ(米国)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 国際学会
  • [学会発表] About requirements of the first network for synthesis of tough double network gels2017

    • 著者名/発表者名
      Tasuku Nakajima, Takayuki Kurokawa, Jian Ping Gong
    • 学会等名
      GelSympo2017
    • 発表場所
      日本大学津田沼キャンパス(千葉県・習志野市)
    • 年月日
      2017-03-07 – 2017-03-08
    • 国際学会
  • [学会発表] セルロースを犠牲結合とする高靱性・自己回復性エラストマーの創製2017

    • 著者名/発表者名
      村井 城治、中島 祐、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • 学会等名
      第51回高分子学会北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2017-01-19
  • [学会発表] 粘性エネルギーロスを示さないDouble Networkエラストマーの創製2017

    • 著者名/発表者名
      尾崎 雄平、中島 祐、野々山 貴行、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • 学会等名
      第51回高分子学会北海道支部研究発表会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2017-01-19
  • [学会発表] 粘性によるエネルギーロスを示さないDNエラストマーの創製2016

    • 著者名/発表者名
      尾崎 雄平、中島 祐、野々山 貴行、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • 学会等名
      第65回高分子討論会
    • 発表場所
      神奈川大学横浜キャンパス(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2016-09-14
  • [学会発表] ハイドロゲル高強度化手法の一般化2016

    • 著者名/発表者名
      中島 祐
    • 学会等名
      2016 年度北海道高分子若手研究会
    • 発表場所
      定山渓ビューホテル(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-09-03
    • 招待講演
  • [学会発表] 粘性によるエネルギーロスを示さないDNエラストマーの創製2016

    • 著者名/発表者名
      尾崎 雄平、中島 祐、野々山 貴行、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • 学会等名
      2016年度北海道高分子若手研究会
    • 発表場所
      定山渓ビューホテル(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-09-02
  • [学会発表] セルロースを犠牲結合とする高靱性・自己回復性エラストマーの創製2016

    • 著者名/発表者名
      村井 城治、黒川 孝幸、中島 祐、野々山 貴行、グン 剣萍
    • 学会等名
      2016年度北海道高分子若手研究会
    • 発表場所
      定山渓ビューホテル(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-09-02
  • [学会発表] Creation of Double Network Elastomer with High Toughness and Self-Recovering Property by Using Cellulose as Sacrificial Bonds2016

    • 著者名/発表者名
      Joji Murai, Tasuku Nakajima, Takayuki Kurokawa, Takayuki Nonoyama, Jian Ping Gong
    • 学会等名
      北大若手研究者の会第16回研究交流会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道・札幌市)
    • 年月日
      2016-08-19
  • [学会発表] DNゲルの強靭化に対する第1網目コンフォメーションの効果2016

    • 著者名/発表者名
      中島 祐、太田 玖美、黒川 孝幸、グン 剣萍
    • 学会等名
      第65回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      神戸国際会議場(兵庫県・神戸市)
    • 年月日
      2016-05-25

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公開日: 2018-01-16  

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