「壊れやすさ」を設計して、壊れにくいエラストマーへ ~ ロタキサン型「犠牲結合」の切れやすさを制御する新たな材料設計 ~

2026-09-01 千葉大学

千葉大学と東京科学大学の研究グループは、ロタキサン構造をエラストマーの「犠牲結合」として利用し、その切れやすさを分子設計によって制御する新たな高分子材料設計指針を確立した。ロタキサン架橋剤の基本骨格を変えず、軸末端のストッパーの大きさや数だけを変えることで、力が加わった際のリングの抜けやすさを精密に調節し、分子レベルの挙動と材料の強度・伸び・破壊特性との関係を明らかにした。さらに、少量のロタキサン架橋を導入するだけで、弾性をほぼ維持しながら破断エネルギーを最大約20倍に向上させることに成功した。力を受けた際に犠牲結合が優先的に解離してエネルギーを散逸する仕組みを活用することで、自動車材料や制振・耐震材料など、強靭性が求められる高分子材料への応用が期待される。

「壊れやすさ」を設計して、壊れにくいエラストマーへ ~ ロタキサン型「犠牲結合」の切れやすさを制御する新たな材料設計 ~
図:本研究概要

<関連情報>

犠牲的な機械的結合を利用してエラストマーの靭性を向上させる Harnessing Sacrificial Mechanical Bonds for Toughening Elastomers

Hirogi Yokochi, Norio Tomotsu, Daisuke Aoki, Akira Takahashi, Hideyuki Otsuka
Advanced Materials  Published: 30 August 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.74712

ABSTRACT

Sacrificial bonds serve as key energy-dissipating motifs, governing the toughness of elastomers. Herein, we propose a robust and versatile strategy to toughen elastomers by precisely tuning the mechanochemical reactivity of sacrificial mechanical bonds through the systematic modification of stopper structures in rotaxane crosslinkers. By varying the size and number of stoppers, the quantitative relationship between the mechanochemical response of sacrificial bonds at the molecular level and the macroscopic mechanical performance of elastomers is elucidated. This is a breakthrough that expands the practical potential of elastomers and establishes a conceptual framework for the rational design of sacrificial bonds and mechanochemicallyinspired polymer systems.

0504高分子製品
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