動的構造制御が拓くポリマー材料の新構造・新機能

低分子よりも格段に遅い高分子の分子運動性と、そこから生み出される階層構造は、高分子らしさの本質であり、多彩な性能・機能の源です。例えば、互いに絡み合った高分子鎖は完全に結晶化することは無く、ラメラ構造に代表される結晶相と非晶相が複雑に混ざり合ったナノ構造を形成します。また、ブロック共重合体のミクロ相分離では多彩な美しいナノ構造が発現します。吉江研究室では、高分子の構造と運動の複雑な協調性を理解し、それをダイナミックに制御することを通じて、マテリアルの新たな機能を探求しています。加えて、環境高分子材料の開発も吉江研究室で大切にしているテーマです。バイオベース、海洋分解、ケミカルリサイクルなど、プラスチックの循環材料化に関わる技術の開発を行っています。

Dynamic hierarchical structure of polymers governs the macromolecular properties that do not characterize smaller molecules. Our research aims to add novel functions to polymer materials through the understanding and controlling of the polymer dynamics. We are also developing environmental polymer materials based on a concept of carbon cycle.

自己修復性ポリマー
Self-healing Polymers

私たちは、水や穏やかな加熱のような身近に多く存在する刺激をトリガーとして自己修復する様々なポリマーを開発してきました。通常の湿度環境下で自発的に修復する材料も含まれます。また、最近、私たちはタフな自己修復性ポリマーの開発に、二つの-OHが近接したジオール基が有効であることを見出しました。極めてシンプルな分子モチーフであるジオール基をポリマー鎖の様々な部位に導入して、新しい材料の開発を進めていきます。

Polymers healed with the assistance of ubiquitous stimuli such as water and mild heating have been developed. They include polymers with autonomous healing ability under ambient humidity conditions. Recently, we also discovered that hydrogen bonds between diols are promising as dynamic crosslinks for rubbers mechanically tough and self-healable.

Related publications: Kim 2020, Yoshie 2019, Nakagawa 2019, Kim 2018, Kim 2017,

自然界にヒントを得たタフなエラストマー
Bio-inspired tough elastomer

イガイ（ムール貝）は、その身体を岩に固定するために強靱な足糸を持っています。我々はこの足糸の中に存在する動的結合の疎密による多相構造を模倣することで、極めて高いタフネスと疲労回復性をもつ材料を開発しました。

Mussels have a string-like tough organ called byssus to fix themselves to rocks. Inspired by the multiphase structure formed by dynamic crosslinks in byssus, we developed a new material with high toughness and excellent self-secoverability.

Related publications: Yoshida 2017, Kawana 2019

高剛性・高耐水性有機/無機ナノハイブリッド
Rigid & water-proof organic/inorganic nanohybrid

貝殻の内側に形成される真珠層は板状無機物と有機ポリマーが規則的に積層した有機/無機ナノハイブリッドであり、極めて高い剛性と低い物質透過性が特徴です。しかし、真珠層を人工的に模倣した材料は、無機物の親水性により水や湿気に弱いという欠点がありました。我々は無機物表面の疎水化とその場重合により、高剛性かつ高耐水性な有機/無機ナノハイブリッドを開発しました。

Nacre in sea shells is an organic/inorganic nanohybrid consisting of alternating layers of plate-like minerals and organic polymers and is known for its high rigidity and low permeability. However, artificial nacre-mimetic materials are often water-sensitive because of high hydrophilicity of the inorganic component. We developed a rigid, water-proof nanohybrid by combining the surface modification and in situ polymerization techniques.

Related publications: Sung 2019, Sung 2017

構造均一なポリマーネットワーク
Structurally homogeneous polymer networks

私たちの生活に欠かせないゴム材料や、医療・バイオ分野で用いられるゲル材料は、ポリマー鎖どうしを架橋した三次元ポリマーネットワークからできています。一般的なポリマーネットワークは構造が不均一であり、その不均一性による物性の低下が課題となっています。我々は、多分岐ポリマーを用いてさまざまなポリマーから構造均一なポリマーネットワークを合成する手法を開発しました。

Materials such as rubber and gel are made of a three-dimensionally crosslinked network of polymers. Polymer networks generally have structural inhomogeneity, which causes deterioration of their property. We developed a method to synthesize a structurally homogeneous polymer network from various kinds of polymers, using multi-arm polymers.

Related publications: Huang 2020