接着剤は固まった後も内部で動いていた−ゲル化後の構造再編成を発見! ~自動車や航空機の軽量化を支える新規接着技術への応用に期待!~

2026-09-18 九州大学

九州大学の研究グループは、熱硬化性エポキシ樹脂が硬化してゲル化した後も、内部の分子構造が変化し続けることを明らかにした。従来、硬化収縮は分子構造の変化を直接反映すると考えられていたが、体積収縮測定、広角X線散乱、全原子分子動力学シミュレーションを組み合わせた解析から、ゲル化前は材料全体が緻密化する一方、ゲル化後は体積収縮が抑制されながら局所的な構造再編成が進むことが示された。特に分子間距離やフリースペースはゲル化後も変化していた。この知見は、硬化時の内部応力や界面剥離の発生機構の理解につながり、自動車・航空機などの軽量化に用いる異種材料接着剤の分子設計や性能向上に役立つと期待される。

接着剤は固まった後も内部で動いていた−ゲル化後の構造再編成を発見! ~自動車や航空機の軽量化を支える新規接着技術への応用に期待!~
熱硬化性樹脂の硬化過程における分子描像。(左から)反応前の液体状態、ゲル化前での緻密化状態、ゲル化状態、ゲル化後での拘束状態を示す。図中の点線は体積収縮前の体積に対応し、ポストゲル拘束状態における矢印は分子相関を示す。

<関連情報>

架橋ポリマーネットワークにおけるゲル化過程における巨視的緻密化と分子構造変化の分離 Decoupling between macroscopic densification and molecular structural evolution across gelation in cross-linked polymer networks

Atsuomi Shundo, Aoi Kontani, Atsushi Tokunaga, Tsuyoshi Miyashita, Satoru Yamamoto & Keiji Tanaka
Communications Materials  Published:18 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s43246-026-01353-0

Abstract

Cure-induced shrinkage in thermosetting polymers is generally assumed to reflect progressive densification during network formation. Here, we show that this assumption breaks down at gelation, which marks a transition in structural evolution. Using a model epoxy system, direct shrinkage measurements, wide-angle X-ray scattering, and molecular dynamics (MD) simulations are combined to link macroscopic densification with molecular-scale structural evolution. We find that macroscopic densification occurs predominantly before the gel point and becomes strongly suppressed after the formation of a percolated network. Conversely, characteristic intermolecular distances associated with phenyl-rich and hydroxyl-containing correlations continue to increase, with narrowing distributions, indicating constrained local reorganization within the network. MD simulations reveal that this behavior is accompanied by coarsening of free space, with both its fraction and characteristic size increasing despite an approximately constant density. These results establish gelation as a fundamental boundary separating distinct regimes of structural evolution, providing new principles for controlling shrinkage and internal stress.

0504高分子製品
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