超高分子量ポリマーの絡み合いで簡便に創製できる自己修復ゲルを開発

１．物質・材料研究機構（ＮＩＭＳ）、北海道大学 大学院生命科学院、および山口大学からなる研究チームは、巨大たんぱく質や天然ゴムなどに匹敵する１００万を越える分子量を持つ超高分子量ポリマーと不揮発なイオン液体からなる自己修復ゲル材料を、極めて簡便に創製する手法を開発しました。このポリマーはリサイクル性に優れ、循環型経済に資するだけでなく、ＩｏＴ基盤技術に必須の高耐久性フレキシブルデバイス用イオン伝導材料への応用が期待されます。

２．自発的に損傷部分を修復することで耐久性を向上させる自己修復高分子材料は、循環型経済の観点から大きな注目を集めています。近年、例えば水素結合のように可逆に結合・解離を繰り返す特殊な官能基を高分子ネットワークに導入するといった化学的なアプローチによる研究が盛んに進められていましたが、そのような自己修復材料ではしばしば精密な合成手法や複雑な製造プロセスを要求される場合がありました。一方で、高分子鎖の絡み合いといった高分子材料が普遍的に持つ特徴を利用した物理的アプローチによる汎用性のより高い自己修復高分子に関する研究はほとんど行われていませんでした。

３．今回研究チームは、イオン液体中では重合反応が効率良く進む特性を利用することで、非常に分子量が高い高分子の絡み合いから形成される「超高分子量ゲル」を簡便に創製する手法を見いだしました。化学架橋剤を用いた従来のゲルと比較して、この超高分子量ゲルは優れた力学特性を示し、熱成型によるリサイクルも可能となります。さらに超高分子量ゲルは室温で高い自己修復機能を示しました。

４．リサイクル性および自己修復性を持つゲル材料を簡便かつ汎用的な方法で創製できる本研究成果は、循環型経済の観点から重要であると考えられます。また不揮発・不燃性なイオン液体を溶媒とする高分子ゲルは、フレキシブルエレクトロニクスに用いる安全なイオン伝導材料として有望視されます。

５．本研究成果は、「Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｄｖａｎｃｅｓ」誌の２０２２年１０月１９日発行号（Ｖｏｌ． ８）にて掲載されます。