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先端技術に投資しよう

新しい技術や産業が未来を創る。ところが日本は、新しいことへの障壁が多い。歴史に学び、リスクを取って新しい産業を育てる。それらが普及するための課題を示す。

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創刊日:2009-08-29  
最終発行日:2019-11-17  
発行周期:隔週刊  
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214号 タフポリマー

2019/11/17

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■  先端技術に投資しよう

■  214号 タフポリマー

───────────────────────────2019/11/17───

人類の発明した素材で最も用途が広い便利なポリマー。しかし、薄くすると壊れやすく、厚く硬くする
と脆くなる。

タフポリマーと呼ばれる新素材が誕生した。プラスチックと同様に高分子で出来た物質だが、強い
衝撃でも壊れず、切ってもすぐにくっつくなど常識破りの性質で、強さとしなやかさ、軽さを兼ね備え
ている。

東京大学の伊藤耕三 教授はポリマーがどのように壊れるかを調べた。ポリマーは様々な長さの
分子が複雑に絡み合っている。これを押しつぶすと力が集中するところができ、そこで分子がちぎ
れる。力が集中する場所が連鎖して壊れる。強いポリマーを作るには力が一点に集中するのを防
げば良いことが分かった。

大阪大学の原田明 教授は世界で初めてポリロタキサンという分子の合成に成功した。材料はシクロ
デキストリンとポリエチレングリコール(PEG)。シクロデキストリンは、ブドウ糖が環状に6〜8個
連なったオリゴ糖(環状オリゴ糖)で、お茶の苦味の抑制 や薬を溶けやすくして吸収効率の増大、
香料の持続時間の延長などに利用されている。PEGは、化粧品の乳化剤やリチウムイオンポリマー
二次電池の絶縁材および電解質溶媒などに利用されている。これを水に溶かし混ぜる。たったこれ
だけでポリロタキサンができる。

シクロデキストリンの輪は外側に水となじむ性質があり、内側は水となじまない。ポリエチレングリコ
ールも水と馴染まない部分がある。そのため、同じく水に馴染まないシクロデキストリンの輪の内側
に入ろうとする。

このままでは輪が抜けてしまうので両端をとめる必要がある。大きな分子のアダマンタンを軸の両端
につけて輪が抜けないようにした。これでポリロタキサンが完成。輪と軸が結合していないため輪は
軸の間を自由に動くことができる。これを使ってタフポリマーが誕生した。従来のポリマーより100倍
以上の強さがある。

ゲル状のタフポリマーは、ポリロタキサンが水分子の中にある。固体にするには水分子を取り
除き何かで埋めなければならない。伊藤は、輪の部分に毛のような分子をつけて空間を埋めれば
水を取り除け、ポリロタキサンの動きも妨げないと考えた。イプシロンーカプロラクトンをポリ
ロタキサンに混ぜると輪の部分に結合する。すると、水がなくても空間が埋まる。こうしてゲル
より硬い固体のポリマーができた。

大型放射光施設『Spring-8』を用いた破壊の時空間階層的なその場観察による現象解明、京コン
ピュータを用いたシミュレーションなどを用いてマクロの破壊挙動理論と分子論的機構解明を行った。

タフポリマーの分子構造について独創的な提案が次々と登場し、画期的な物性が報告されている。
しかし、それらをそのまま利用すると、大幅にコストが増大する。そこで、タフポリマーの原理
を解明して汎用の廉価な高分子を用いてタフネスの向上を図っている。

現在、我が国は、高分子部材の多くの分野で高いシェアを占めている。しかし、海外では企業と
大学が密接に連携し、さらに国が手厚いサポートをして精力的に研究・開発を進めている。米国
の国防高等研究計画局(DARPA)は、アイデアコンテストを行い、実体のあるものを作ることで
開発を加速している。

遅まきながら、ハイリスク・ハイインパクトな研究開発を促進する政府の科学技術・イノベーション
プログラム、ImPACTとして認定されて研究が進められている。

最新のコメント

  • 名無しさん2011-10-16 17:35:41

    大変科学的でよい。

  • 名無しさん2010-11-21 23:48:32

    始めて知る話だっただけにとても興味深く楽しかった。

  • 名無しさん2010-09-26 20:48:01

    凄い人だと感じた。このような人が日本にも大勢いるのに海外に出てしまうのはもったいなく感じる。

    大変面白い記事でした!

  • 名無しさん2010-08-30 09:46:54

    知らなかった。文章が分かりやすかった。

    面白かった。

  • 名無しさん2010-08-01 23:44:48

    分かりやすくとても面白かった!