タフポリマー|サイエンスZERO

NHK・Eテレの「サイエンスZERO」で自動車までできる すごいぞ!タフポリマーが放送されました。全く新しいコンセプトの自動車が来年登場します。使われるのはタフポリマー。ポリマーとはプラスチックに代表される高分子からできた物質のこと。実は日本でこれまでの常識を覆すタフなポリマーが開発されたのです。

 

誕生!タフポリマー

タフポリマーの生みの親の一人が東京大学大学院 新領域創成科学研究科の伊藤耕三(いとうこうぞう)教授です。伊藤さんはポリマーがどのように壊れるか、その仕組みなどを調べていました。ポリマーの構造を詳しく調べると様々な長さの分子が複雑に絡み合っていました。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ます。力が集中する場所は連鎖するように広がり一瞬で壊れてしまうのです。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は分かっていましたが、その方法がなかなか見つかりませんでした。そんな時、伊藤さんは中国で行われた学会から帰る飛行機で一人の研究者と運命的な出会いを果たしました。それは大阪大学大学院 理学研究科の原田明(はらだあきら)特任教授でした。原田さん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、当時世界中から注目を集めていました。

伊藤さんは原田さんに教えてもらって、まずはポリロタキサンを作ってみることにしました。材料はシクロデキストリンとポリエチレングリコールです。どちらもありふれた物質です。これを水に溶かし混ぜます。たったこれだけでポリロタキサンができるというのです。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、内側は水となじみません。一方、ポリエチレングリコールも水と馴染まない部分があります。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のです。しかし、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ります。そこでアダマンタンという物質を使いました。大きな分子なのでアダマンタンを軸の両端につけて輪が抜けないようにするのです。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ます。これを使って誕生したのがタフポリマーです。従来のポリマーより100倍以上の強さを誇ります。

 

タフポリマーの固体化に挑戦!

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構造になっています。固体にするにはこの水分子を取り除き何かで埋めなければなりません。伊藤さん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る上にポリロタキサンの動きも妨げないと考えました。そのために使ったのがイプシロンーカプロラクトンです。ポリロタキサンに混ぜると輪の部分に結合していきます。すると、水がなくても空間が埋まります。こうしてゲルより硬い固体のポリマーができるのです。

 

タイヤもタフに!ゴムづくりに挑む

強くて薄いタイヤを作ろうと研究しているのがタイヤメーカー中央研究所の角田克彦(つのだかつひこ)フェローです。角田さんが目指しているのは簡単にはちぎれない強いゴムを使ったタイヤです。そして出来たのが新素材を使ったタフなゴムです。




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