柔自己修復とリサイクルがともに可能な光学樹脂を開発発
― ディスプレイや高性能レンズの保護フィルムとして期待 ―
九州工業大学大学院工学研究院 吉田嘉晃准教授、フランス・ロレーヌ大学 Dimitrios Meimaroglou准教授らの共同研究グループは、ポリジチオウレタン(PDTU)と呼ばれる光学特性*1に優れた樹脂を用いて、常温常圧で傷や破断が自然に修復するプラスチックフィルムを開発しました。また、同グループは、そのプラスチックフィルムを加熱することで原料に分解し、その分解した原料からプラスチックフィルムを再生することに成功しました。この成果は、スマートフォンのディスプレイやメガネレンズの表面の傷が自然に治る保護フィルムなどへの応用が期待でき、また、それらを廃棄する際、熱で簡単に分解してリサイクルすることができるため、プラスチックごみの削減や資源循環に貢献できます。
ポイント
- 循環経済などの観点から、自己修復性や易リサイクル性を示す光学樹脂の開発が期待されている。
- ポリジチオウレタンが、光学特性、自己修復性、易リサイクル性に優れていることを明らかにした。
- 自己修復とリサイクルがともに可能な光学樹脂の新しい設計指針を示すことができた。
従来、光学フィルム*2に用いられる樹脂と、傷の修復が可能な樹脂、リサイクルしやすい樹脂のそれぞれの分子構造は異なる設計指針で合成されることが多く、それらすべての特徴を持つ樹脂はこれまで開発されていませんでした。今回、本研究グループは、光学特性、自己修復性*3、易リサイクル性*4の全てに優れたポリジチオウレタンを開発し、その設計指針とともに自己修復性や易リサイクル性のメカニズムも明らかにしました(図)。
図. ポリジチオウレタンの構造と特徴
この成果は、「傷ついても修復し、壊れても再生できる光学フィルム」という新しいジャンルの材料創出に寄与するものと考えられます。ポリジチオウレタンは屈折率*5とアッベ数*6がともに高いことも特徴です。メガネレンズの素材に屈折率が高いプラスチックを使うことで度数が強い薄型レンズを作ることができます。しかし、多くの屈折率が高いプラスチック素材はアッベ数が低くなる性質があるため、色のにじみが出やすくなります。高屈折率かつ高アッベ数のプラスチック素材を使うことで、度数が強く、薄型で、色のにじみが少ないメガネレンズを作ることができます。また、メガネレンズやディスプレイなどの保護フィルムは、それらの素材と同程度の屈折率とアッベ数を持つことが望ましいとされています。ポリジチオウレタンは、高屈折率(1.65以上)かつ高アッベ数(28以上)として実用されているチオウレア樹脂やエピスルフィド樹脂と同程度の物性値を示すため、一般用途のメガネレンズやスマートフォンのディスプレイだけでなく、今後の発展が期待されるARグラスやウェアラブルデバイスなどの高性能なレンズやディスプレイの保護フィルムとしての利用も期待されます。なお、この研究成果は、下記の国際誌に(2025年6月12日)掲載されました。
■ 用語解説
*1 光学特性:物質が光に対して示す性質や特性のこと。光が当たったときに、透過、反射、吸収、屈折などの現象を起こす。
*2 光学フィルム:光の特性を制御あるいは利用するために設計されたフィルム材料のこと。ディスプレイの反射防止フィルムなどとして使われる。傷や汚れ防止のために使われる保護フィルムも広い意味で含まれる。
*3 自己修復性:傷や破断などが自然に修復される性質や機能のこと。
*4 易リサイクル性:外部刺激(熱や光など)や化学反応によって容易に分解され、分解物を原料や素材として再利用できる性質のこと。
*5 屈折率:光が、ある物体から別の物体を透過するとき、その進む方向が曲がる度合いを表す値のこと。
*6 アッベ数:レンズを通過する光によって生じる色のにじみの度合いを表す値のこと。この数値が高いほど、色のにじみが少ないことを意味する。
■ 発表雑誌
| 雑誌名 | 「Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry |
| 論文タイトル | Self-Healing and Recycling Properties of Networked Polydithiourethanes with Reversible Crosslinked Moieties via Hydrogen and Dynamic Covalent Bonding |
| 著 者 | Yoshiaki Yoshida*, Ryuichi Suenaga, Tsubasa Sakiyama, Halima Alem-Marchand, and Dimitrios Meimaroglou |
| D O I | 10.1002/pol.20250263 |
※本研究は、科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業さきがけ(JPMJPR23NA)、文部科学省科学研究費助成事業(JP22K05241)、北九州産業学術推進機構(FAIS)次世代産業イノベーション創出事業の支援を受けて実施しました。
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国立大学法人 九州工業大学 大学院工学研究院物質工学研究系
准教授 吉田 嘉晃
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