高温安定性や変形安定性を兼ね備えた熱可塑性エラストマーを開発：研究開発の最前線

名古屋工業大学は、高温安定性や変形安定性を兼ね備えた熱可塑性エラストマーを開発した。ピリジン四級化結合の凝集によるサブ架橋ドメインは結合組み換え機構を有し、高温での分子運動性を保持して再成形が可能だ。

[MONOist]

　名古屋工業大学は2024年9月4日、高温安定性や変形安定性を兼ね備えた熱可塑性エラストマー（thermoplastic elastomer：TPE）を開発したと発表した。

　室温でゴム弾性を示し、高温での流動性（分子運動性）を有するTPEは、リサイクル性や再成形性から加硫ゴムの代替として注目されている。しかし、化学的な架橋結合がなく、高温安定性や変形安定性の向上が用途拡大に向けた課題となっていた。

　開発したTPEは、結合の組み替えが可能なナノ架橋ドメインを付加的なサブ架橋ドメインとして導入。具体的には、構成ポリマーのポリスチレン−ポリブタジエン−ポリスチレン（SBS）を出発物質とし、ピリジン基の窒素原子にアルキル基が結合するピリジン四級化結合の凝集によるサブ架橋ドメインを形成した。これにより室温で固体であるガラス鎖が集合した架橋ドメインとのデュアル（二重）架橋ドメイン構造となり、高温での弾性率安定性や形状回復性などの物性が向上する。

（左）ブロックコポリマーを利用した慣例的な熱可塑性エラストマーの説明。（右）本研究の分子設計コンセプト［クリックで拡大］ 出所：名古屋工業大学

　また、サブ架橋ドメインは結合組み換え機構を有し、高温での分子運動性を保持して再成形が可能だ。細断した試料を用いた検証では、160℃で15分間のホットプレス処理を施し、一枚の融合フィルムとして再生できることが確認された。

（a）温度分散粘弾性測定データ。サブ架橋ドメイン導入後は貯蔵弾性率が3倍程度大きくなっている。（b）サイクル試験データ。収縮過程では、最終的に元の長さに戻りやすくなっている。（c）応力緩和試験データ。（d）細断した試料は加熱、加圧後に一枚の融合フィルムとして再生 出所：名古屋工業大学

　TPE市場は、2030年に6兆円規模に達すると予測されている。強度や耐熱、リサイクル性などの物性向上により、次世代ゴム材料として幅広い用途への展開が期待される。

⇒その他の「研究開発の最前線」の記事はこちら