理研、加熱と冷却の両方向の操作で形成できる超分子ポリマーを開発

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PORcuとヘキサノール(アルコール)を用いた加熱・冷却により進行する超分子重合の模式図

理化学研究所は2017年6月27日、同研究所の宮島大吾上級研究員らの研究グループが、加熱と冷却のどちらの方向の操作でも形成できる超分子ポリマーを開発したと発表した。

超分子ポリマーは、モノマー(小分子)間の非共有結合という比較的弱い引力によってモノマー同士を接着させて作成するポリマー(高分子)だ。結合力が弱いために、外部からの物理的な力によって連結を解除することができ、その力を緩めることで自動的に再連結する。このような可逆的性質から、超分子ポリマーは自己修復素材などのへの応用が期待されている。しかし、従来超分子ポリマーは熱によって分解されて元のモノマーに戻ってしまうために、高温下では使用できないなどの課題があった。

そこで研究チームは、近年知られるようになった”分散したポリマーが加熱により凝集する現象”(LCST)に着目し、加熱によって重合が進行する超分子ポリマーの開発を試みた。そして、今回の開発で新たに作成した「PORcu」モノマーが形成する、1次元の超分子ポリマーを分析した結果、アルコールとPORcuの濃度を適切に調整した条件下で加熱するとバラバラだったPORcuが重合して超分子ポリマーが形成され、さらに冷却することで再びバラバラになることを確認。その状態からさらに冷却すると超分子ポリマーが再度形成されることを突き止めた。

これによって、ある温度ではバラバラなモノマーが加熱と冷却のどちらでも重合が進行する超分子ポリマーを作製することができた。

このような、加熱によって重合が進む材料は、温度の上昇に伴って粘度も上がると考えられるため、高温ほど粘度が必要となるエンジンオイルなどへの応用が期待できるという。

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