東京理科大学、硬さとしなやかさを両立する高分子材料を開発

ニュース紹介

「「硬くて脆い」プラスチックを「強くしなやか」に～相分離を抑えたイオン架橋という新しい設計指針～」

東京理科大学創域理工学部先端化学科の青木大亮講師（研究当時）、有光晃二教授、内山康太郎氏（2024年度卒業）、宮澤遼太郎氏（2025年度卒業）らの研究グループは、硬さと強靭さを併せ持つガラス状高分子を開発したと発表しました。

ガラス状高分子は脆く壊れやすく、硬さと強靭さの両立が長年の課題でした。

研究グループは、ポリノルボルネン骨格にオリゴエチレングリコール側鎖とカルボン酸を密に導入したイオン性櫛型ポリマーを用い、4-ジメチルアミノピリジン（DMAP）とナトリウムイオンを対イオンとしました。その結果、タフネス約137MJ/m³、ヤング率約0.9GPaを示し、中和前と比べてタフネスは約4倍、弾性率と降伏応力は約2倍になりました。本成果は2026年9月3日付で科学誌『Macromolecules』にオンライン掲載されました。

出典：科学技術振興機構（JST） 2026年9月4日プレスリリース
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20260904-2/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

身のまわりのプラスチックには、硬いものと粘り強いものがあります。板や筐体に使われるガラス状高分子は硬い側で、形をしっかり保てる代わりに、力がかかると割れやすいという性質を持ちます。

硬さと壊れにくさは、材料の世界では両立しにくい関係として知られています。硬くすると割れやすくなり、粘り強くすると柔らかくなるため、両方を満たす設計が長く探されてきました。

①硬い樹脂は割れやすいままだった

ガラス状高分子は脆く壊れやすく、硬さと強靭さをどう両立するかが長年の課題でした。

分子どうしを強く結びつければ硬くなりますが、力の逃げ道が無くなるため、一気に割れてしまいます。逆に結びつきを緩めると、今度は形を保てなくなります。

②イオンで結びつけて相分離を抑える

研究グループは、ポリノルボルネンの骨格にオリゴエチレングリコールの側鎖とカルボン酸を密に導入したイオン性櫛型ポリマーを設計しました。対イオンには4-ジメチルアミノピリジンとナトリウムイオンを使っています。

このイオン架橋により、材料の中で成分が分かれてしまう相分離を抑えられました。得られた材料はタフネス約137MJ/m³、ヤング率約0.9GPaで、中和する前と比べてタフネスは約4倍、弾性率と降伏応力は約2倍です。