水平リサイクル可能なゴムの丈夫さの秘密を解明

名古屋大学 大学院理学研究科の内橋 貴之 教授、岡山大学 学術研究院 環境生命自然科学学域の鈴木 大介 教授、弘前大学 大学院理工学研究科の呉羽 拓真 助教らの研究グループは、水平リサイクルが可能でありながら高い壊れにくさを持つ、高分子微粒子からできたゴムについて、その丈夫さが生まれる仕組みを明らかにしました。

近年、資源を有効に利用するため、使用後も品質を維持したまま再利用できる「水平リサイクル」が注目されています。しかし、ゴム材料は一般に複雑な構造を持つため、リサイクルが難しいという課題があります。こうした中、高分子微粒子から構成されるゴム材料が、水平リサイクル可能でありながら、添加物を含まない天然ゴムに匹敵する高い壊れにくさを示すことが見いだされました。一方で、微粒子からできたゴムが、なぜ高い壊れにくさを示すのか、その仕組みは明らかになっていませんでした。

本研究では、微粒子内部の架橋構造を変化させたゴム材料について、初期長さの8倍に及ぶ大きな伸びの中で生じる構造変化を、一軸伸長機構付きAFMによる直接観察と小角X線散乱（SAXS）解析を組み合わせて調べました。その結果、粒子内の架橋が少ない場合にはゴムを構成する微粒子が滑らかに変形する一方、架橋が多い場合には粒子内部の変形が抑えられ、粒子表面の粗化（損傷）が生じることを見いだしました。さらに、このような微粒子の変形の違いが、架橋量の増加に伴ってゴムが硬くなる一方で伸びにくくなるというトレードオフに対応することを明らかにしました。本研究成果は、高い性能を維持しながら繰り返し利用できる循環型高分子材料の設計に向けた基盤的知見を提供します。

本研究成果は、2026年10月13日（米国東部時間）付で、米国の科学雑誌「ACS Applied Materials & Interfaces」にオンライン公開されました。