水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子を開発ー水中環境での接着・成形に応用できる新たな高分子材料ー

2026-09-30 東京科学大学

東京科学大学の研究チームは、セメントのように水と混ぜて成形し、その後自然に硬化する「水硬性」を持つ高分子材料を開発した。従来、水硬性は主にセメントなどの無機材料に見られる性質で、高分子で実現することは困難だった。研究では、水になじみやすいシラトランを高分子に組み込み、水との反応によって水になじみにくいシルセスキオキサン構造へ変化させることで、成形時には柔らかく、反応後には硬化する材料を実現した。開発した高分子は、水を加えて練るとパテ状になり、自由な形に成形でき、その後硬化する。さらに、成形から硬化までを水中で行えるほか、ガラス、ステンレス、木材などの接着や補修にも利用できることを実証した。加熱や紫外線、化学薬品を必要としないため、省エネルギー型の材料加工や、水中構造物の接着・補修への応用が期待される。

水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子を開発ー水中環境での接着・成形に応用できる新たな高分子材料ー
図1. 本研究の材料設計。
(a)シラトランと水の反応による化学構造および水とのなじみやすさ(親和性)の変化。
(b)シラトラン構造を有する高分子と水との反応に伴う高分子構造の変化の模式図

<関連情報>

親水性鎖の水による硬化に伴う疎水化によって実現される有機ポリマーの水分保持性 Hydraulicity in Organic Polymers Enabled by Hydrophobization Upon Water-Triggered Curing of Hydrophilic Chains

Rei Tokumitsu, Shio Uebo, Akira Takahashi, Hideyuki Otsuka
Angewandte Chemie International Edition  Published: 10 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.1794764

ABSTRACT

Water-curing capability of cementitious materials, commonly known as hydraulicity, is key to their widespread use through simply mixing powder with water to form desired robust structures. However, hydraulicity has been difficult to achieve for organic materials due to the lack of a strategy for wet curing while ensuring water resistance after curing. Here, we report unprecedented hydraulicity in an organic polymer enabled by an unusual water-induced polarity inversion, in which the reaction of a hydrophilic polymer with water induces hydrophobization via sol–gel reaction of silatrane. A model study using a low-molecular-weight silatrane revealed that water drives the sol–gel reaction, which is autocatalyzed by triethanolamine generated in situ. A silatrane-containing polymer, prepared by conventional free-radical polymerization, was obtained as a powder but rapidly plasticized upon addition of water. The formed sticky putty gradually transformed first into a soft hydrogel and finally into a rigid solid through hydrophobization associated with the formation of silsesquioxane structures. This unique behavior enabled not only wet molding into desired structures but also underwater adhesion, as demonstrated by repairing a broken vial and bonding substrates. These findings provide a versatile design strategy for organic materials exhibiting hydraulicity.

0504高分子製品
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