京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　マイクロプラスチックに代表される使用済みプラスチックがもたらす環境汚染が深刻視されています。この原因の一つとして、プラスチックの低いリサイクル性が挙げられています。ほとんどのプラスチックは、加熱して溶融成形されていますが、その際に高分子鎖の熱分解を伴うため、成形加工を繰り返すと物性が低下してしまいます。本シーズの高分子材料は、加熱ではなく加圧によって常温付近で成形加工が可能なため、高分子鎖の熱分解が生じません。よって、省エネルギー成形（CO₂排出低減）とリサイクル性の向上を同時に達成することができる全く新しい概念によって創成された高分子材料です。また、再生可能資源から合成することができ、生分解性を有しているため、環境負荷も低減可能な次世代の高分子材料です。

■研究の概要

　ものづくりのプロセスにおいて数値シミュレーションの活用は有効です。本研究では、汎用PCにも実装することができる、高精度かつ高速演算が可能な計算アルゴリズム（等間隔デカルト格子をベースとした格子ボルツマン法に親和性の高い計算アルゴリズム）を開発し、肉眼では確認することが難しい流動現象の可視化や、その力学的評価を通して、ものづくりにおける最適設計支援を行います。従来の研究と比べて、特に、物体界面近傍における圧力分布をより精度良く捉える（流体力学的な境界条件を陽的に与える）ことが可能であり、アルゴリズムの簡易性（反復演算が不要）からも、並列計算時における良好なスケーラビリティが期待されます。適用事例としては、流体機械や生物内外流れに関連する分野を中心に研究を進めています。

■研究の概要

　気体のように素早く高分子内部に浸透し、液体のように物質を運ぶことのできる超臨界流体を用いた高分子材料の加工の研究です。超臨界流体の中でも比較的温和な条件で超臨界状態になる二酸化炭素を利用しています。高分子材料は超臨界二酸化炭素中で柔らかくなり膨張するので、通常の溶媒では注入できない、あるいは少量しか注入できない機能剤を高分子表面や内部に多く注入することができます。この柔らかく膨らんだ材料は、超臨界二酸化炭素から取り出すことで、もとの状態に戻るため、注入された機能剤がしっかりと内部にトラップされ機能の耐久性が高くなります。注入時の条件、例えば二酸化炭素の圧力や温度を連続的に変化させることで傾斜材料の調製も可能です。機能剤としては低分子の化合物から、条件によっては分子量5000程度の高分子を注入することもできます。
　装置は単純で、オートクレーブのような高圧容器に液体クロマトグラフ用の送液ポンプと加熱システムを組み合わせたものになります。さらに、実験の目的に応じて攪拌システムや溶解槽、調圧バルブ、機能剤の連続注入システムなどを追加します。分析が必要な場合は、分光光度計やIRを組み込むことも可能です。

■研究の概要

　金属は、熱や電気を通すだけでなく、化学反応を促進させる作用（触媒効果）も持ち、現代の科学と産業には欠かすことのできない極めて重要な材料の1 つです。しかし、金属は固体です。そのため、有機化合物と比べると、大型の装置群や高温高真空を必要とし、遙かに加工しにくい欠点があります。本研究では、巨視的な大きさの金属には見られない、ナノスケールの金属に独自の性質を発見し、それを応用することによって、室温で金属を溶かす技術を開発しました。この技術を用いると、金属をあたかも普通の有機化合物と同じように、溶媒を用いて、簡単に加工することができます。私たちが提案する方法は、既存の有機材料や加工技術との相性も良く、特別な前処理も必要としないので、幅広い分野への波及を見込んでいます。