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光で粘弾性を制御できる易加工性ポリマー材料を開発 ~非加熱で繰り返し着脱できるフィルム状接着剤を実現~

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所(産総研)は2018年11月27日,機能化学研究部門バイオベース材料化学グループの伊藤 祥太郎研究員,スマート材料グループの秋山 陽久研究員らが,室温下で光を照射するだけで粘弾性を可逆的に制御できる易加工性のポリマー材料を開発したと発表した.本開発の一部は住友電工グループ社会貢献基金 学術・研究助成と独立行政法人 日本学術振興会の科学研究費助成事業の支援を受け,詳細はACS Applied Materials & Interfaces誌に掲載,第2回接着・接合EXPOで紹介された(注1,2).

 接着剤は日用品や自動車エレクトロニクスなどで広く使われている.無溶媒の固体で使用時に加熱溶融して接着するホットメルト接着剤は代表的な接着剤のひとつである.ホットメルト接着剤は取り扱いが容易で,接着後に再加熱すれば剥離や接着のやり直し(リワーク)が可能であるが,熱の影響を受けやすい精密光学材料,エレクトロニクス機器,医療用部材の仮止めなどには不向きであった.これまで産総研は,加熱に代わり光照射でポリマーの粘弾性を変化させることを検討してきたが,従来の材料は硬くて脆く,接着用途に適したものではなかった.

 本研究では,粘弾性が光応答性を有する材料に熱成形加工可能な特性を付与することを目指し,光応答部位を持つポリマーと汎用ポリマーの共重合ポリマーが開発された.このポリマーはABA型の三元ブロック共重合体で,ポリメチルメタクリレートを骨格としA,B二つの官能基を側鎖として交互に付加したポリマーである.Aブロックには光感応性のアゾベンゼン基,Bブロックには柔軟性の2-エチルヘキシル基が用いられた.アゾ部分だけからなるホモポリマーとは異なり,間に柔らかなブロックが存在する共重合ポリマーは高い柔軟性を有する.これによりアゾベンゼン基を有するフィルムの成形が可能になった.アゾベンゼン基は光を照射すると光異性化が生じる.すなわち,UV光(波長365nmで50~100mWcm-2)を照射すると軟化し,緑色光(波長520nmで40mWcm-2)を照射すると硬化する.このポリマーをフィルムにして2枚のガラス板に挟みUV光を数分間照射して一旦軟化させた後,緑色光を数分間照射するとフィルムが硬化して2枚のガラスが接着され,再びUV光を照射するとフィルムは軟化して2枚のガラスを剥離することができる.この軟化は光応答部位の構造変化に伴い起こるもので,加熱せずとも軟化と固化を繰り返すことができる.軟化工程において貯蔵弾性率は,固化状態の107Paオーダーから,UV光照射により数分で105Paオーダーに,損失弾性率も同様に106Paのオーダーから105Paオーダーに低下した.この接着と脱着のサイクルは10回以上繰り返すことが可能である.

 今後は,具体的なニーズを把握し接着剤の実用化に向けて改良するとともに,成形加工が可能で光照射により非加熱で軟化と固化が可能な特徴を持つ材料として用途探索を進めたいという.

(注1)Shotaro Ito, Haruhisa Akiyama, Reiko Sekizawa, Miyuki Mori, Masaru Yoshida, and Hideyuki Kihara, "Light-Induced Reworkable Adhesives Based on ABA-type Triblock Copolymers with Azopolymer Termini", ACS Applied Materials Interfaces, 2018, Vol. 10, No. 38, pp 32649-32658, DOI: 10.1021/acsami.8b09319; Publication Date (Web): August 28, 2018
(注2)第2回接着・接合EXPO,幕張メッセ,2018.12.5-2018.12.7