接着剤は固まった後も内部で動いていた−ゲル化後の構造再編成を発見

世界のエネルギー消費の約3割はモビリティー（人や物の移動）によるものであり、その低燃費化に向けて自動車や航空機などの構造部材の軽量化が求められています。軽量化の実現には、金属や高分子材料などの異種材料を適材適所で組み合わせることが重要であり、それらを強固に接着するための高性能な接着技術の開発が課題となっています。九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門／次世代接着技術研究センターの田中 敬二 主幹教授／センター長らは、科学技術振興機構（JST） 未来社会創造事業 大規模プロジェクト型「界面マルチスケール4次元解析による革新的接着技術の構築」を遂行しています。

熱硬化性樹脂は硬化反応によって3次元ネットワーク構造を形成しますが、その過程で生じる硬化収縮は内部応力の発生や界面剥離（はくり）による接着強度の低下を引き起こすため、長年にわたり材料信頼性を左右する重要な課題とされてきました。このため、硬化反応中に材料内部でどのような構造変化が生じるのかを分子レベルで理解し、精密に制御することが求められていました。

九州大学 大学院工学研究院 応用化学部門の田中 敬二 主幹教授らの研究グループは、モデルエポキシ樹脂を対象に、体積収縮測定、広角X線散乱測定、および全原子分子動力学シミュレーションを組み合わせることで、マクロな収縮挙動と分子レベルの構造変化との関係を詳細に解析しました。その結果、材料全体の体積収縮は主にゲル化前に進行し、ゲル化後は著しく抑制される一方で、分子間距離やフリースペースはゲル化後も変化し続けることを明らかにしました。

本成果は、「硬化収縮が分子構造の変化を直接反映する」という従来の理解を刷新し、ゲル化を境として「マクロな緻密化」と「構造再編成」が分離することを初めて実証したものです。とくに、ゲル化後にはネットワーク構造による拘束下で局所的な構造再編成が支配的となる新たな分子描像を提案しました。本成果は、熱硬化性樹脂の硬化収縮、それに伴う内部応力の発生機構の理解を深めるとともに、異種材料接着剤の性能向上に向けた分子設計の加速につながることが期待されます。

本研究成果は、Nature Portfolioの材料科学分野のオープンアクセス誌「Communications Materials」オンライン版に2026年9月18日（日本時間）に掲載されました。