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~

2026-10-14 名古屋大学

名古屋大学、岡山大学、弘前大学の研究グループは、使用後も同等の品質を維持して再利用でき、天然ゴムに匹敵する壊れにくさを持つ高分子微粒子由来のゴムについて、その強靱性を生み出す仕組みを明らかにした。研究では、一軸伸長機構を備えた高速原子間力顕微鏡(AFM)と小角X線散乱(SAXS)を組み合わせ、ゴムを初期長さの最大8倍まで伸ばした際の微粒子の変形を観察・解析した。その結果、微粒子内部の架橋が少ない場合は粒子全体が滑らかに変形する一方、架橋が多い場合には変形が抑えられ、粒子表面に損傷が生じることを発見した。こうした変形挙動が、ゴムの硬さと伸びやすさのトレードオフに関係することも示された。破壊エネルギーは約50 MJ/m³に達し、天然ゴムに匹敵する。本成果は、材料内部の微細構造と巨視的な力学特性の関係を理解する手掛かりとなり、耐久性とリサイクル性を両立する循環型高分子材料の設計に貢献すると期待される。

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~

<関連情報>

原子間力顕微鏡と小角X線散乱によって明らかになった、強靭な微粒子ベースポリマーフィルムの大きな変形のナノスケール解析 Nanoscale Analysis of Large Deformation of Tough Microparticle-Based Polymer Films Revealed by Atomic Force Microscopy and Small-Angle X-ray Scattering

Yuichiro Nishizawa;Natsuki Watanabe;Feng-Yueh Chan;Yuma Sasaki;Yusuke Shinozaki;Haruka Minato;Daisuke Suzuki;Keita Namba;Takuma Kureha;Takayuki Uchihashi
ACS Applied Materials & Interface  Published:October 13, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsami.6c13253

Abstract

For understanding the mechanical properties of polymer materials and establishing design guidelines, elucidation of nanoscale structural changes under deformation is crucial. This study focused on microparticle-based polymer films exhibiting high fracture energies of several tens of MJ/m3 without additives, and the influence of intraparticle crosslinking on nanoscale deformation was investigated using atomic force microscopy (AFM) and small-angle X-ray scattering (SAXS). The improvement of an AFM equipped with a stretching device enabled nanoscale observation of films under strain conditions of up to 700%. As intraparticle crosslinking increased, a trade-off was observed in which the Young’s modulus increased while the fracture strain decreased. AFM observations showed that, although the increase in intraparticle crosslinking density did not significantly affect the deformation of each microparticle or particle clusters constituting the assembly, their surface roughness increased with increasing crosslinking density. SAXS measurements under tensile deformation revealed that the strain-induced structural anisotropy decreased with increasing intraparticle crosslinking density, suggesting suppressed nanoscale deformation within highly crosslinked microparticles. These results suggest that the trade-off in macroscopic mechanical properties is associated with a change in nanoscale deformation, from smooth elongation to surface roughening, highlighting that particle design is an important factor contributing to tough microparticle-based film properties.

0504高分子製品
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