素材を傷つけない解体性接着剤が現代社会に欠かせない

戦略的創造研究推進事業（さきがけ）で採択された私の研究テーマは「熱安定な分子スイッチによる光可逆性接着剤の開発」です。「分子スイッチ」とは2 つ以上の安定状態を行き来できる分子のことで、この分子を使って、光により繰り返しつけたりはがしたりできる接着剤の開発を進めています。

接着剤は、私たちの身の回りのあらゆる製品に使用されていますが、実はなぜくっつくのか明確にはわかっていません。ただ、プラスチックやゴムなどの高分子素材はボルトや溶接でくっつけることができないので、接着剤を使うしかありません。また近年、自動車分野などで異なる素材を適材適所で組み合わせるマルチマテリアル化が注目されており、異なる素材同士を接着する技術のニーズも高まっています。一方、リサイクルのためには、素材を傷つけずにはがせる「解体性」も重要です。熱を加えてはがすタイプはこれまでも使われてきました。しかし、この方法だと被着材全体に熱が加わるため、素材がダメージを受けてしまい、せっかく分離してもリサイクルできないことがありました。

私が作りたいのは、紫外線など特定の波長の光で解体できる接着剤です。光は狙ったところを望みのときだけ照射することができます。また、光の波長や放射照度などの条件も簡単・精密に制御できるので、被着材へのダメージを抑えることができます。

では、どうやってそういうものを作るのか。そこに関わってくるのが、私の研究の軸である「機能性色素」と「高分子」です。高分子はプラスチックやゴム、樹脂などの材料の総称で、接着剤も主に高分子でできています。機能性色素は光や力、電気などの外部刺激によって色が変わったり、性質が変化したりする分子のことです。冒頭の分子スイッチも機能性色素に含まれます。この2つをかけ合わせることで、刺激によって接着力を持ったり失ったりする接着剤が作れます。

「機能性色素」と「高分子」を高度に扱える化学者として

さきがけでは、光による分子スイッチの変化に起因して、固体から液体に、また液体から固体に変わる接着剤を開発しています。固体のときは強く接着しますが、紫外線を当てると液体になってはがれます。さらに液体に可視光線を当てることで固体に変わって再度接着します。研究テーマの「熱安定」とは、光を当てなければ分子スイッチの変化が起こらず、固体と液体の状態を安定に保てることです。よく知られている分子スイッチにアゾベンゼンがあります。アゾベンゼンを用いることでも固体↔液体を変えることはできますが、アゾベンゼンには「熱不安定」という欠点があり――つまり、室温で液体状態を保てず、すぐに固体に戻ってしまうのです。私が研究する分子スイッチのHSS（Hindered Stiff Stilbene）も永久に戻らない訳ではありませんが、半減期（半分が元に戻る時間）が1000年と長いので、これなら実用化も期待できると思っています。

「紫外線で解体できる」というと、「では屋外では使えないんじゃないですか」と質問されることがよくあります。確かに太陽光は紫外線を含んでいますが、全体ではそれ以外の可視光線の割合の方がずっと多いのです。私たちの多くの系では、可視光線を当てると固体になるので、屋外でも固体状態を維持できます。また、分子スイッチが応答する光の波長や固体↔液体の変化の有無・方向などは、分子スイッチや高分子、材料の設計により変えることもできます。この分子・高分子・材料設計こそが、私の研究のおもしろいところでもあり、ハードルにもなるところ。「くっつく」「はがれる」という、目に見える巨視的な変化を生むためには、サブナノスケールの微視的な世界で精密に分子構造を設計するだけでなく、その間のスケールの材料構造も適切に設計することが欠かせません。大きく異なるスケールを行き来しながら全体を設計するのはとても難しいことではあるのですが、それができることに自分の強みを感じています。

おもしろい研究のために、積極的に新たな分野に飛び込む

現時点で「光ではがせる」というコンセプトは実証できているので、今後は企業との共同研究により商品化・実用化をめざしたいと考えています。そのためには、さらなる接着強度と可逆性の向上が不可欠です。一度だけではなく、何度も繰り返しつけたりはがしたりできるようにすることを目下の課題に定めています。

私のポリシーは「おもしろい研究をすること」です。さきがけで採択されたテーマも、このポリシーに沿って決めました。常識を覆し教科書に載るような成果を出したいと夢見ていますが、それを実現するアイデアは、同じところに留まっていては浮かびません。おもしろい研究を続けるために、どんどん新しい分野に踏み出していきたい。今は色素や高分子の合成、設計をよりスムーズにするべく、機械学習を取り入れたいと考えています。さきがけのテーマ以外にも柔らかいアクチュエーター（人工筋肉）の研究も進めているので、ソフトロボットの開発にも挑戦したいし、やってみたいことはいろいろ。積極的に新しい分野に飛び込むチャレンジ精神も、私のもうひとつの強みだと思っています。