名古屋大学ら、水平リサイクル可能なゴムの丈夫さの仕組みを解明

ニュース紹介

「水平リサイクル可能なゴムの丈夫さの秘密を解明～リサイクル後も高性能を維持する高分子材料設計へ知見提供～」

名古屋大学大学院理学研究科の内橋貴之教授、岡山大学学術研究院の鈴木大介教授、弘前大学大学院理工学研究科の呉羽拓真助教らの研究グループは、水平リサイクルが可能で、天然ゴムに匹敵する高い壊れにくさ（破壊エネルギー50MJ（メガジュール）/m³程度）を持つゴムについて、その丈夫さを生み出す仕組みを解明したと発表した。一軸伸長機構付きAFMと小角X線散乱（SAXS）を組み合わせ、ゴムを最大8倍まで伸ばした際の微粒子の変形を直接観察した。微粒子内部の架橋が少ないと粒子全体が滑らかに変形し、多いと粒子表面に損傷が生じることを示し、この違いが、架橋量の増加にともなう「硬くなるが伸びにくくなる」というトレードオフに対応することを明らかにした。

出典：名古屋大学・岡山大学・弘前大学・科学技術振興機構（JST） 2026年10月14日プレスリリース（掲載誌：ACS Applied Materials & Interfaces／DOI: 10.1021/acsami.6c13253）
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20261014/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

水平リサイクルとは、使い終えた製品を、同じ品質の製品へ再び作り直すリサイクルの方式を指します。ゴムは、分子の鎖どうしを化学的につなぐ架橋（かきょう）によって、弾力と強さを得ています。ただし、いったん架橋したゴムは熱で溶かして成形し直すことが難しく、再利用しにくい材料として知られています。

今回の研究が扱うのは、高分子微粒子（高分子でできた非常に小さな粒）からできたゴムです。発表によると、このゴムは水平リサイクルが可能で、破壊エネルギーが50MJ/m³程度と、天然ゴムに匹敵する壊れにくさを持ちます。リサイクル後も性能を保つ材料を設計するには、なぜ丈夫なのかを粒子の水準で理解することが必要になります。

①伸ばしながら微粒子の変形を直接見る

研究グループは、一軸伸長機構付きAFM（原子間力顕微鏡：探針と試料表面の間にはたらく力から、表面の形を調べる装置）と、小角X線散乱（SAXS：数ナノメートルからサブμm程度の構造を調べるX線散乱法）を組み合わせました。ゴムを一方向に最大8倍まで伸ばしながら、微粒子がどのように変形するかを観察しています。二つの手法を併用することで、伸びている最中の微粒子の変形を捉えています。

②架橋の量で変わる微粒子の壊れ方

観察の結果、微粒子の内部にある架橋が少ないゴムでは、粒子全体が滑らかに変形しました。一方、架橋が多いゴムでは粒子内部の変形が抑えられ、粒子の表面に粗化（損傷）が生じました。この違いは、架橋を増やすと硬くなる代わりに伸びにくくなる、というトレードオフ（一方を高めると、他方が下がる関係）に対応することが示されました。

編集部からひとこと

今回の研究は、ゴムの丈夫さを、微粒子の変形という小さな単位から説明した点に特徴があります。発表では、微粒子の変形のしやすさが材料全体の力学特性を決めることが示され、高性能な循環型の高分子材料を設計するための指針になると位置づけられています。具体的な応用先や実用化の時期は、発表では触れられていません。リサイクルと性能をどこまで両立できるのか、今後の研究に注目したい成果です。

FrontJournal編集部