＜記者用説明文＞ 熱で硬くなる樹脂（プラスチック）材料の特性をコンピュータ・シミュレーションで予測 シュレーディンガー（株） 学会発表番号 森里嗣生 2PD54 ＜研究成果のポイント＞ ●シミュレーションで化学反応によって分子がつながって硬化する様子を再現 ●硬化反応の進行度合や原料の配合比によって変化する材料の特性を調査 ＜研究成果の概要＞ 今回、我々は熱によって化学反応が促進され、分子間のネットワーク（架橋）を形成す ることによって硬くなる熱硬化性樹脂について、エポキシ樹脂を例にコンピュータ・シ ミュレーションでそれを再現する分子モデルを構築し、各種の物性値を予測しました。 得られた物性値は実験結果と概ね傾向が一致したことから、分子モデルが実際をある程 図１ 2 種類の分子がお互 度再現するものであったと考えています。熱硬化性樹脂は一度硬化してしまうとその内 いにつながって網目構造が 部の機構を調べるのは困難ですが、シミュレーションによってその構造と物性を予測す できた分子モデル ることで、さらなる材料性能向上のためのヒントを得られる可能性が高まります。 ＜研究成果解説文＞ 熱硬化性樹脂の材料特性を高速分子動力学シミュレーションで予測 第 25 回ポリマー材料フォーラム P229 予稿集 著者名: 森里嗣生 1*、吉留大輔 1、木村俊 1、 著者所属 クワック ショーン 2、ガバーティン ジェイコブ 2、 1. シュレーディンガー株式会社 サンダース ジェフ 2、マスタード トーマス 2、 2. シュレーディンガー ゴールドバーグ ギーセン アレクサンダー2、 デービッド 2、ホールズ * E-mail: [email protected] マシュー2 熱硬化性樹脂では分子間に結合が生成される反応（架 モデルを作成し、原子が動き回る中で近くにお互いの反 橋反応）が熱によって促進され、その結果 3 次元的なネ 応部位を見出すと自動的に分子間の結合をつなげて分子 ットワーク構造を作って硬化します。硬化反応の進み具 ネットワークを広げていくことで構築します。 合を示す値である硬化率が高いほど硬くなり、機械的特 結果として、予想通り硬化率が上がるにつれて硬くな 性が良くなることが知られています。また、ガラス転移 り、Tg も大きくなることが確認されました（下図） 。 温度 (Tg) という、その温度を境に分子の動きやすさが また、混合比につ 大きく変わる温度も硬化率が高くなるにつれて、より高 いても予想した比 くなります。さらに、熱硬化性樹脂は、主剤と硬化剤と 率でこれらの物性 呼ばれる 2 つの原材料を混ぜて加熱することで硬化しま 値が最大となるこ すが、反応する可能性のある化学部位がちょうど全て反 とが確認されまし 応してしまうような混合比で混ぜて加熱すると、最も硬 た。 くなり、Tg も高くなることが知られています。 本研究では、エポキシ樹脂を例に主剤と硬化剤の混合 このようにコン ピュータ・シミュ 550 500 Tg (K) 450 400 350 300 0 20 40 60 80 10 0 Curing rate (%) 比や硬化率の違いによる Tg や熱膨張係数 (CTE) など レーションで物性 の熱力学的特性、そして E などの機械的特性の変化をコ 値を評価できれば、実験の手間やコストを減らすことが ンピュータを使った分子動力学(MD)シミュレーション でき、より良い物性を持つ材料の開発を加速させること により評価します。今回の研究で用いる架橋分子モデル につながります。 は、最初に主剤と硬化剤の分子をランダムに並べた構造
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