Study on the toughening mechanism of double network gels by mechanochemistry

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究課題の目的は、強靭な「ダブルネットワークゲル（ＤＮゲル）」の強靭化メカニズムの解明である。ＤＮゲルは９０％程度の水を含みながらも一種の工業ゴムに匹敵する強靭性を示す、ユニークな強靭材料である。この強靭化の仕組みを解明することが本研究の目標である。ＤＮゲルの強靭化メカニズムは、ＤＮゲルの変形に伴うゲル内部の高分子鎖の切断に由来することが言われてきた。これを正確に理解するためには、ＤＮゲル中で高分子鎖がどのくらいの量、どのような範囲で、切断されているかを知る必要がある。そこで本研究課題では、ＤＮゲル中の高分子鎖の切断現象を化学的手法で検出し、定量評価およびその空間的分布の評価を行った。用いた基盤技術は、高分子鎖が破断した際に生じる「破断ラジカル」を利用した鉄の酸化反応およびラジカル重合反応である。高分子鎖の切断による化学反応は古くから知られているが、これをＤＮゲルに適用した研究はこれまでになかった。そこで、本研究課題ではまず、この基盤技術の確立を目指して研究を行った。当該年度は、これまで得られた知見を基に学術論文執筆を行い、当該基盤技術を学術界に認めさせ、全世界に公表することに注力した。研究過程において、当該技術はＤＮゲルの破壊機構の解明のみならず、力学負荷を受けて諸物性が向上する新しい概念の材料開発にも応用可能であることが見出された。そこで、「力学負荷を受けて成長するゲル」というコンセプトで価値提案を行い、Ｓｃｉｅｎｃｅ誌上で論文が公開された。また、本技術を用いたＤＮゲルの破壊機構解明の研究も進捗している。き裂周辺で高分子破断が生じた部位を標識化し顕微鏡を用いてミクロスケールで観察することで、き裂周辺の高分子鎖破断の空間的分布の定量的な評価に成功した。本成果はＤＮゲルの強靭化の本質をミクロスケールで実験的に示す画期的方法である。こちらは現在論文執筆中である。