物質応用化学科 高分子工学研究室 伊掛浩輝准教授、神奈川大学 原秀太特別助教らの共同研究成果が、アメリカ化学会ACS Macro Letters誌のfront coverに採択されました。
物質応用化学科 高分子工学研究室 伊掛浩輝准教授，神奈川大学 原秀太特別助教らの共同研究成果が，アメリカ化学会ACS Macro Letters誌にアクセプトされ，また，front coverにも採択されました。
無機ナノ粒子とポリマーのハイブリッド材料の開発は、産業応用に直結する魅力的な分野です。 しかし、ナノ粒子の添加に伴う溶融加工性と機械的特性の劣化は依然として大きな課題です。 一方、ハイブリッド材料の強度と靱性を同時に向上させる技術として、2種類の架橋構造を有するダブルネットワークゲルが注目されています。 しかし、これらのゲルは用途が限られており、標準的なポリマー成形法である溶融成形法には適用できません。 この問題を解決するために、私たちは無機ナノ粒子とポリマーの結合を調整できる添加剤であるテトラブチルホスホニウムクロリド（TBPC）の研究を続けており、今までに継続した成果を発表しました。 (POLYMER CHEMISTRY 10(35) 4779-4788 (2019) (表紙裏)、ACS Applied Polymer Materials 2(12) 5654-5663 (2020)、Journal of Materials Chemistry C (10) 7849-7856 (2022) (裏表紙) ））。
- 本研究の特徴
- ポリマーとチタニア間の水素結合からなる架橋点がTBPCによって阻害される環境下で、弱い結合力であるカルボキシル基と強い結合力であるチタニアとカテコール基からなるダブルネットワークを形成することを考えました。 さらに、光反応を利用してこの2種類の架橋を巨視的に設計し、カルボキシル基とチタニアの機械的切断を優先的に促進する巨視的構造をデザインすることで、強度と靱性の飛躍的な向上を達成しました。これらの成果の未来として、耐久性の向上のための構造力学と高分子の分野の融合を推進し、３Dプリンターで印刷されたオブジェクトの耐久性や機能を向上に貢献できると考えています。
- 本研究のコンセプトのポイント
- 1. 無機ナノ粒子を高分子に添加する新たな活用事例として、光反応によりポリマーとの架橋点の結合強度を設計できることを実証しました。
2. ダブルネットワークポリマーかつナノコンポジットハイブリットポリマーにもかかわらず、溶融成形が可能です。
3. 光照射後のポリマーのヤング率は光照射前の約1000倍であり、これは我々が知る限り最高の値である。
4. 固体NMRによりカテコール基とチタニアの結合形態を調べ、ミクロ構造である結合強度がマクロ構造に大きく影響を与えることを証明した。
- 雑誌名
- ACS Macro Letters (2023年12巻943–948ページ)
- 論文タイトル
- Macroscopic Property Evaluation of Titania Nanocomposite Polymer Capable of Drawing Double-Network Macrostructure Using Photolithography
- 著者
- Hiroki Ikake, Shuta Hara, Minami Kubodera, Haruki Kato, Keisuke Fukasawa, Yuumi Takeoka, Takayuki Ikehara, Shigeru Shimizu