Home田中 亮 准教授 インタビュー
2022年度 戦略的創造研究推進事業（さきがけ）採択者
ゴム材料の架桥を自在に外せる新技术。
今まで実现できなかった形でのリサイクルも可能に
高分子化合物の构造を设计し、それらを狙い通りに作る触媒を
専门は、高分子合成化学です。人间も含め、身の回りにある物质はすべて高分子（ポリマー）を含んでいますが、有机化学を使って高分子をうまく合成しようというのが我々の分野です。なかでもプラスチックやゴム、ラップフィルムや车の筐体などに使われる炭化水素系ポリマーである、ポリオレフィンやポリジエンなどに関する研究をしています。
これらの材料は、海洋プラスチックごみの问题などでも知られる通り、近年、完全に悪者扱いされています。しかし非常に軽くて扱いやすく、デメリットをはるかに上回るメリットがあるので、现状、人类の生活から完全に除外するのは不可能です。そうなると必要量自体を减らすしかありません。より少量で机能性を発挥し、长く使用できるようにすること。また、回収できるものに関しては、なるべく少ない労力でリサイクルできることが重要になってきます。
一般的に合成できるものは、ある程度、同じものが繰り返された构造をしています。これらの化合物は、化学式では非常に単纯な构造の繰り返しとして表されますが、必ずしも同じようにつながっているわけではありません。繰り返し构造の长さや分布などを変えれば、强度や耐久性などの物性も大きく変わってきます。
ポリマーは、モノマー（低分子化合物）を多数つなげる重合反応により合成されますが、合成には触媒が欠かせません。これらの构造を设计し、狙ったとおりにつくれる触媒を开発するのが我々の仕事です。
ゴム材料を再成型できれば、これまでにないリサイクルに
ゴム材料をつくるには、炭素と水素からなる炭化水素系ポリマー同士をつなぐ、架桥という作业が必要です。それによりポリマーは网目状にくっつき、强度が出てくるのです。架桥には现状、硫黄を使っていますが、一度、网目をつくってしまうと、架桥点を外すことができず、元には戻せませんでした。つまり、架桥点を外せないことが、リサイクルの妨げとなっていたのです。
もし使い终わったゴム材料の架桥だけを外して再架桥し、再成型できれば、リサイクルが可能になります。现状、磨り减ったタイヤを回収しても燃やすしかなく、タイヤにはもちろん、ゴムの状态に戻すことは不可能です。再利用をするにも、ゴムの粉にして使うぐらいでした。
2022年度の戦略的创造研究推进事业（さきがけ）に、「架桥点を分解トリガーとするリサイクル性汎用ゴム材料の开発」というテーマで申请したのは、硫黄の代わりにホウ素を使うことで、架桥を自在に外せるゴム材料となり得る化合物を开発できたからです。架桥以外の主となる构造はまったく一绪なので、充分な强度があり、长さも自由に変えられます。
この素材は、架橋を外して再度くっつけても、ほぼ同じ性能を示すことがわかっています。しかし, 例えばタイヤなら強度を増すためカーボンブラックという炭素の粉末が入っているのですが、そのような混ざりものがある場合は、直接ゴム材料へとリサイクルさせるのは難しい。ポリマー部分をエチレンなど原料まで戻せれば、遠回りですがベターです。現状、原料に戻すにはまだ課題があるので、これから模索できればと思っています。
ゴム材料のリサイクル（再架桥）のイメージ図
他分野と関わり世界が开けるのも、高分子研究の醍醐味
ホウ素で架桥するというアイデア自体は、一般的なものです。子供の顷、洗濯のりにホウ素からなるホウ砂を加え、スライムをつくるという実験をされた方もいらっしゃるでしょう。洗濯のりはポリビニルアルコールというポリマーで、ホウ素と混ぜると子どもでも简単に架桥させることができ、ぷよぷよとした弾性をもつスライムをつくることができます。容易にできる理由は、ホウ素と结合して架桥しやすい取っかかりがたくさんあるからです。
しかしゴム材料となる炭化水素系ポリマーは、どこにも取っかかりがない构造をしていて、我々はツルツルした构造と言っていますが、直接ホウ砂などを混ぜて架桥するのがとても难しい。触媒やモノマーにこだわって、ポリマーを合成する段阶でホウ素を入れるようにしたのが我々の工夫で、この方法は今のところ世界で我々にしかできません。
さらに一般的なゴム材料は、构造が整然としていない化合物なのですが、我々のつくったものは架桥点が非常に美しく并び、网目が均一に分布しているため、より强いゴム材料になり得る可能性を秘めています。さきがけを通じて、ゴムを物理的な観点から研究されている方からのご意见もいただけたので、実用化に向けた共同研究も発展しているところです。
高分子は非常に多岐にわたる分野です。良いものをつくればさまざまなジャンルの人たちが兴味を持ってくれ、フィードバックをくださり、新たな进展へとつながります。今まで自分がふれてこなかった世界が开け、人生が豊かになるのも、この分野を研究する醍醐味だと感じています。
