日本理化学研究所（简称“理研”）利用稀土类金属催化剂，使极性烯烃与乙烯实现“精密共聚”，并成功制作了新型“功能性聚合物”，这种聚合物不仅是干燥的空气中，在水中、酸性和碱性水溶液中也具有出自我修复性能和形状记忆性能。此次的研究成果有望促进开发出可在各种环境中进行自我修复，且具有高度实用性的新型功能性材料。
此次，研发小组利用自主开发的稀土类催化剂，首次使乙烯与甲氧苯基丙烯类成功实现精密共聚，获得的新型聚合物不仅具有弹性特性，表现出极高的延伸率（2200％），而且还具备非常优异的自我修复性能。即使不从外部施加任何刺激和能量，在空气、水、酸性及碱性水溶液中都显示出了自我修复性能。另外，这种新型聚合物通过温度控制，还可以作为形状记忆材料，拥有形状固定率和形状恢复率达到99％的优异特性，即使反复改变形状，恢复性能都没有降低。
本次研究成果预定发布在美国国际科学杂志《Journal of the American Chemical Society》上，并于2月7日先行发布在网络版上。
具体做法是利用钪（Sc）催化剂，在1个大气压条件下使乙烯与甲氧苯基丙烯进行共聚，仅一步就成功获得了分子量比较高的聚烯烃（图1）。通过结构分析发现，其结构中除甲氧苯基丙烯与乙烯的交替单元外，还具有乙烯-乙烯链。
图1：利用钪催化剂使乙烯与甲氧苯基丙烯类发生共聚反应
研究确认，获得的聚烯烃不仅显示出延伸率约为2200％的优异弹性体特性，还具备自我修复性能。即使不从外部施加任何刺激和能量，在空气（图2上）、水、酸性和碱性水溶液中也都显示出自我修复性能（图2下）。
图2：新型功能性聚合物在空气和水中的自我修复
此外，通过将甲氧苯基丙烯类的取代基换成t-Bu基等大型取代基，还可以控制聚合物的热特性，合成在室温下可作为硬塑料使用，加热后则显示出弹性体特性的材料。研究发现，通过合理利用该性质进行温度控制，该聚合物可作为形状记忆材料使用（图3）。在50℃的加热状态下改变该聚合物的形状，然后直接冷却至室温水平的话，将在变形的状态下固化。再将其加热至50℃后，又会迅速恢复为原来的形状，显示出形状固定率和形状恢复率达到99％的出色形状记忆特性。另外，即使反复改变其形状，功能也没有降低。
图3：新型功能性聚合物的形状记忆特性
研究发现，该聚合物具有弹性体特性、自我修复性及形状记忆特性的理由之一主要是因为构筑了网络结构，在这种网络结构中，甲氧苯基丙烯与乙烯的交替单元作为柔软的成分发挥作用，而乙烯-乙烯链的硬晶体单元可作为物理交联点（图4）。
图4：新型功能性聚合物的微相分离结构模式图
文 JST客观日本编辑部
日文发布全文 [网址]
