光で粘弾性を制御できる易加工性ポリマー材料を開発

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非加熱で繰り返し着脱できるフィルム状接着剤を実現

2018/11/27  産業技術総合研究所

ポイント

  • フィルムなどへの加工が容易な光応答性のポリマー材料を開発
  • 室温下、それぞれ数分間の紫外光照射で柔らかくなり、可視光照射で硬くなる
  • 精密光学材料などの仮止めや付け直しができるスマート接着剤として期待

概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)機能化学研究部門【研究部門長 北本 大】バイオベース材料化学グループ 伊藤 祥太郎 研究員とスマート材料グループ 秋山 陽久 主任研究員は、室温下、光を照射するだけで、粘弾性を可逆的に制御できる易加工性のポリマー材料を開発した。

今回開発した材料は、光応答性部位を持つポリマーで、通常のプラスチックと同様に、加熱成形によりフィルム状などの任意の形態に加工できる。また、紫外光を数分間照射すると柔らかくなり、可視光(緑色光)を数分間照射すると硬くなるという性質を持ち、この軟化と固化のサイクルを繰り返すことができる。材料全体または表面が柔らかい状態では、材料の粘着性(接着性)や摩擦力、材料の衝撃吸収性がより高く、これらの特性を光照射により可逆的に変化させることで、光機能性材料としての応用が期待される。

例えば、粘着性の変化に着目して、この材料をテープ状に加工すれば、非加熱状態での可逆的な着脱が可能なスマート接着剤が実現できる。その結果、接着のやり直しや使用後の接合部材のリサイクルが容易になり、接着接合プロセスの歩留まり向上や省資源化につながる。特に、精密光学材料の仮止めや付け直し、医療用部材の低刺激での着脱、リワーク性に優れた部品組み立て方法の実現が期待される。なお、この材料の詳細は、2018年9月に米国化学会の学術誌「ACS Applied Materials & Interfaces」に掲載された(S. Ito, H. Akiyama, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 32649–32658.)。また、12月5~7日に幕張メッセ(千葉県千葉市)で開催される第2回接着・接合EXPOで紹介される。

概要図

今回開発した材料の成形加工と光による粘弾性制御

開発の社会的背景

接着技術は、日用品のほか、自動車やエレクトロニクスなど多くの製品の製造工程で広く利用されている。代表的な接着剤のひとつであるホットメルト接着剤は、無溶剤の固体であり、使用の際には、加熱溶融し、塗布、圧着、冷却することで、接着が完了する。取り扱いが容易なことから、一般家庭から工場まで広く利用され、世界で利用される接着剤の20 %弱を占めている。また、再加熱すれば接着のやり直しが可能であり、接合部材のリサイクル性や、製造プロセスの歩留まり向上につながる。一方で、熱の影響を受けやすい精密光学材料や医療用部材の仮止め、付け直しには不向きであり、局所的な加熱が技術的に困難なエレクトロニクス製品の部品交換にも利用できない。そのため、非加熱でリワーク性を発揮する新しい接着剤が求められていた。

研究の経緯

産総研では、これまでに、光照射により非加熱で液化-固化を繰り返す材料を開発し、一つの応用例として、着脱可能な接着剤の実現を目指してきた(2012年4月6日 産総研プレス発表)。この材料は、光応答部位が光照射により構造変化し、それに伴って融点(軟化点)が室温をまたいで変化するため、材料の液化-固化を光照射により制御可能であった。

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