名古屋大学ら、繰り返し使えるゴムの丈夫さを解明 微粒子内部のつながりに着目

名古屋大学は、水平リサイクル可能なゴムの丈夫さを生む仕組みを解明したと発表した。研究成果は2026年10月13日(米国東部時間)にオンライン公開された。

何が明らかになったのか

研究対象は、高分子微粒子を集めて作ったゴム材料だ。高分子微粒子とは、長い分子からなる高分子でできた、直径数百ナノメートル程度の小さな粒を指す。

名古屋大学によると、このゴムは微粒子に戻し、再び集めることで繰り返し利用できる。壊れにくさは、添加物を含まない天然ゴムに匹敵するという。

材料が引っ張られて切れるまでに吸収する、体積あたりのエネルギーを「破壊エネルギー」と呼ぶ。同大学によると、このゴムの値は50 MJ/m³程度だ。

研究には、名古屋大学の内橋貴之教授、岡山大学の鈴木大介教授、弘前大学の呉羽拓真助教らが参加した。掲載誌は米国の科学雑誌「ACS Applied Materials & Interfaces」である。

かんたんに言うと

水平リサイクルとは、元と同等の品質を保ち、同じような用途の材料に再利用する方法だ。たとえるなら、組み立てたものを部品に戻し、その部品で同じように使えるものを作り直す考え方に近い。この研究のゴムでは、小さな粒がその部品に当たる。

丈夫さを理解する鍵は、粒の内部にある「架橋」だった。架橋とは、高分子の長い分子鎖同士をつなぐことだ。ひも同士をところどころで結ぶ様子を思い浮かべると、つながりの意味を捉えやすい。

名古屋大学によると、架橋が少ない微粒子は、ゴムを伸ばすと全体が滑らかに変形した。一方、架橋が多い微粒子では内部の変形が抑えられ、表面に損傷が生じた。この変形の違いが、ゴムが硬くなる一方で伸びにくくなる理由だとしている。

伸ばしながら、表面と内部を観察

研究では、微粒子内部の架橋量を変えたゴムを、初期長さの最大8倍まで伸ばして調べた。

観察には、一軸伸長機構付きAFMを使った。AFMは、細い探針で表面をなぞり、ナノメートル単位の凹凸を観察する顕微鏡だ。ここでは、材料を一方向に伸ばす仕組みを備えている。

さらに、小角X線散乱(SAXS)を組み合わせた。試料に当てたX線の散らばり方から、材料内部の微細な構造を調べる手法である。表面と内部を調べる方法を組み合わせ、粒の変形を追った。

まとめ

今回の研究は、再利用できるゴムの丈夫さを、粒の内部のつながりと変形から説明したものだ。名古屋大学は、性能を保って繰り返し使える高分子材料の設計に役立つ知見と位置づける。架橋量と変形の関係を生かすことで、丈夫さと再利用を両立する材料設計につながる可能性がある。