熱可塑性エラストマーとは？
日に日にメンタルの靭性が弱まっている気がします。
それでも前に進みます。
どうもたかおです（元気31^13倍）。
今回は熱可塑性エラストマーとは何か、比較的詳しく紹介していきたいと思います。
はじめに
皆さんの周りには、ゴムみたいにﾋﾞﾖﾋﾞﾖ伸びる素材、弾力のある素材がたくさんあります。そんな弾性を持つ材料のうち、高分子でできた材料のことをエラストマーというように呼びます。ということを以前ざっくりと説明しました。（よかったら見てね）
そして、エラストマーという材料の分類の一つとして熱可塑性エラストマーと呼ばれるものがあることを紹介いたしました。今回はこの熱可塑性エラストマーについて深く掘り下げてみていきたいと思います。
熱可塑性エラストマーの特徴
さてまずは、以前書いた記事の内容をおさらいします。
熱をかけると柔らかくなり流動し、冷やすと再び弾性を示すようになるエラストマーを熱可塑性エラストマーと呼ぶのでした。
熱可塑性エラストマーのネットワークを形成するひもは、下図の左上のひものように*1、二つの成分でできたひもになっています。このひもは下の図のように、お互いの成分同士で集まりあいます。このうち比較的自由に動いてゴム弾性を示す部分をソフトセグメント（下図の青色）、集まりあって動かなくなり架橋点としての役割を果たす部分をハードセグメント（下図の赤色）と呼びます。
ハードセグメントは、ある温度以下では固まったままですが、ある温度以上でソフトセグメントと一緒くたになって自由に動けるようになります。そして冷やすとハードセグメントはまたもとのように固まるのです。こういった性質から，熱可塑性エラストマーは成形加工がしやすかったり、使い古し（と言うと語弊がありますが）を融かしてリサイクルしたりすることができる、というメリットがあります。これは普通の輪ゴムのような熱硬化性エラストマーにはない特徴です。
しかし私は以前までの解説までで
- どうして上のような構造をとるのか（どうしてハードセグメント同士で集まりあうのか）
- どうしてハードセグメントは固まって動かないのか
ということに触れていませんでした。これらを理解することで、どうして熱可塑性エラストマーが弾性を発現するのか、大まかな理由を知ることが出来ます。これらを理解する二つのキーワード①ミクロ相分離 ②運動性の差 に着目して順に説明していきたいと思います。
何故弾性を発現するのか
1.ミクロ相分離
まず、「なぜハードセグメント同士で集まりあうのか」というところですが、その原因が「ミクロ相分離」という現象にあります。詳しく見ていきましょう。
化学物質は、相性の良くない者同士は混ざり合わず分離してしまうというのが一般的です。例えば、水と油は互いに相性が良くないですから、同じコップに入れると下に水、上に油といったように二相に分離するはずです。
こういった現象は高分子の世界でも例外ではありません。しかしながら、高分子は、水と油とは違ったような分離を起こす場合があります。
例えば、Aという高分子とBという高分子が、相性の悪い者同士だとします。これら二つを混ぜようと思っても混じりあわないことは容易に想像がつくと思いますが、下の図のようになっていたらどうでしょう。
そう、AというひもとBという連結しあっている状態です。これだと水と油のように片方の成分が上に行って、もう片方が下に行って、スパーっと二相に分かれる、というわけにはいきませんよね。こういった状態の時はどうなるか。
Aの成分とBの成分はお互い同士で集まりあおうとします。しかしながらつながりあっているがゆえに大きな集まりを作ることはできません。例えば下の図のように、小さいドメインを作ってしまうわけです。このような小さい分離の仕方を水と油の分離のような「マクロな相分離」と区別して「ミクロ相分離」という風に呼ぶわけです。
分離の仕方はAとBのヒモの長さで変わってきます。場合によってはこれとは全く違う構造を取ったりします。*2
熱可塑性エラストマーのソフトセグメントとハードセグメントもまた、つながりあっているわけですが、お互いに相性が悪いのです。従ってミクロ相分離を起こします。そしてハードセグメントがこのように架橋点としてはたらくような分離をするように分子が設計されている、というのが冒頭の「なぜハードセグメント同士で集まりあうのか」ないし、「どうして上のような構造をとるのか」という問いに対する答えになります。
また、この二つの成分は、熱を加えてやると互いに仲が良くなります。「相溶性が増す」というのですが、お互いにまじりあうことが可能になるのです。これが「ハードセグメントは、ある温度以下では固まったままですが、ある温度以上でソフトセグメントと一緒くたになって自由に動けるようになります」といったことの理由になるわけなのです。
2. 運動性の差
さて、ハードセグメントとソフトセグメントというものが、お互いに相性が悪いがゆえに、図のような構造をとることを説明しました。しかしこれではまだ説明できないこともあるわけです。
分離して上のような構造を作っても、力をかけてこの構造が壊れてしまっては、ゴムのようにビヨーンと伸びて元に戻るということが出来ませんよね。この構造がつぶれない理由について説明します。
分離している各領域は別の物質です。そして、それぞれ室温での運動性が違います。これが理解のポイントの一つです。
一般に高分子は温度が上がると、ガラス状領域→（転移領域）→ゴム状領域→流動領域というように運動性が段階的に上がっていきます。温度を上げると、ひもがあんまり動かない状態から部分的にﾋﾞﾖﾋﾞﾖうごく状態、へびのごとく動き回る状態と、段階を踏んで運動性が上がっていきます。
例えば、代表的な熱可塑性エラストマーのSBS（スチレンーブタジエンースチレンブロック共重合体）を基に説明します。スチレンはハードセグメント、ブタジエンはソフトセグメントです。スチレンは室温ではガラス状態を取り、ブタジエンはゴム状態をとります。誤解を招かない範囲で簡単に言えば、室温下ではスチレンは固まって動きませんが、ブタジエンはガラス状態をとる温度を超えているので、ﾋﾞﾖﾋﾞﾖと動くわけです。
室温の範囲でスチレンが固まって動かない、ブタジエンはﾋﾞﾖﾋﾞﾖしている。そして弾性を発現するような網目構造を構成する。これがまさにSBSが熱可塑性エラストマーとして弾性を発揮する理由であり、ほかの熱可塑性エラストマーもほとんどは同様の機構で弾性を発揮する、といったわけです。
最後に
如何だったでしょうか？って文章を最後に載せるブロガーって叩かれると聞きました。
みなさんいかがだったでしょうか？
今回の話はニッチではありましたが、熱可塑性エラストマーの仕組みを勉強したいけれど、入りが分からない、という方にはそれなりにまとまった内容にすることが出来たと自己満足しております。インターネッツの海を泳げば、ここで出てきたキーワードをもとに非常にいい文献に出会えると思います*3。今後の勉強の参考にしていただけるとありがたいです。
次回、いろいろな熱可塑性エラストマーということで、各論に触れていきたいと思います。分からんけど。
質問・意見等ございましたら一旦コメント欄へお願いします。議論はできませんが、対応はさせていただきます。よろしければ読者登録よろしくお願いいたします。
では
(2020年7月23日追記: 続きの記事が出ました)
参考文献
熱可塑性エラストマーの現状と将来展望
https://www.jstage.jst.go.jp/article/gomu/83/9/83_9_269/_pdf/-char/ja
熱可塑性エラストマーの構造と物性
https://www.jstage.jst.go.jp/article/gomu1944/57/11/57_11_668/_pdf
TPEの構造と物性
https://www.jstage.jst.go.jp/article/gomu1944/69/9/69_9_589/_pdf/-char/ja
7ヶ月ブログを続けた感想 感謝
桜も散り、窓の外は初夏の空気で満ちております。
どうもたかおでございます。
ブログが更新できなくて申し訳ないです
ブログを始めてから7ヶ月、社会人生活1ヶ月という時になったわけですが、やはり仕事に慣れる、ということが難しいということ、引越しに引越しを重ねてインターネット環境が整っていないこともあり、ブログを更新することがかなり厳しい1ヶ月となりました。これで読者の皆様が離れていくのではないか？などと不安に感じていましたが、そういうこともなく、暖かく見守っていただけているようで大変うれしいです。色々と安定するまでに6月末まではかかりそうですが、その間はスマホでも作れるような日記的なブログはつけられそうですから、もう少し待っていただけたらと思います。今月もありがとうございました。
こんなブログですが、今月も500PVということで、多いなあと思いながら、平均的にはとても少ないんだろうなあと感じております。もっといろんな方に見ていただいて、意見をいただきたい、そんな今日この頃であります。
今後について
忙しい中でも、化学のニュースは頻繁に追うようにしています。興味を持ったニュースを抜粋して、紹介するような記事を書けたらと思います。
うまく時間を作り出して、ブログに時間を割きたいところです。
最後に
現在世界を取り巻く情勢の中で、テイクアウトが増え、食品包装や使い捨て容器の消費が増えているように感じます。また、マスク、防護シールドをはじめとした医療用品も大量に消費されています。これらの多くはプラスチックでできているわけです。適正な処理が行われる割合が変わらないとするならば、環境に流出するプラスチックは比例して増えているのかな？と思ったりもしています。昨年プラスチック汚染について問題視されたばかりではありますが、Reduceという点では活動が一時的に鈍くなっているのかもわかりません。誰もがこのことに触れませんし、実際問題些末な問題なのでしょう。
プラスチックとの向き合い方は難しいところです。何が正しいかなんてわかりませんが、単に減らそう、とか、リサイクルを推進しよう！とか、一辺倒な対応を考えるのではなくて、いろんな可能性を考え、実行しながら、妥協点を見出していかないといけないのでしょうね。
皆様お身体には気を付けて、激動の日々を乗り越えていきましょうね。
では
社会人生活の始まり、目に見えない敵との闘いの始まり
鳥のさえずりがどうしようもうなく侘しい今日この頃。
どうもたかおです。
何をやるのか、何をやるべきか、明確になった点
今どこで何をしているか、なんてことは、これっぽっちも明らかにできませんが、毎日学び、反省し、ということを繰り返しています。
やはり自分の視野というものは極端に低いということが改めて自覚されました。周りの様子をみて一呼吸おいてから行動する事、メモを積極的にとって、やるべきことを整理する事等、できることはあると思うので、少しずつ改善していきたいと思います。
そして、私が当面担当する仕事というものも大まかに決定しました。配属先はガチャというのがこのご時世なので、どうなるものかと思っていましたが、多少専門性が考慮されたのか、自分が大学まで勉強してきた内容が多少生きる職種になりそうです。視野狭窄に陥らないように研鑽を積んでいきたいと思います。
最近の騒動について
おそらく読んで気持ちのいい文章ではありません。少し読んで嫌になられたら以下の人気記事を読んでください。
この記事を書いている今日は、日本全体に非常事態宣言が発令された日です。このとてつもない荒波の中で、社会人としてのスタートを切った私ですが、毎日いろいろなものに翻弄され、それなりに苦労しながら生きています。会社員というのは組織の構成員ですから、私の意志だけでは行動できませんし、与えられた持ち場で立ち振る舞わなければなりません。しかしその中でもできることをやり遂げようと、努力はしています。
私は医者でもなければ専門家でもないし、政治家でもありません。しかし、私達がこうして生活する中で、この局面を乗り越えるべく、できることをこなしていくことが大切なのだろうとは、はっきりと言えます。
・不要不急の外出は控えましょう。
・外出をしたら石鹸での手洗い、アルコールなどでの消毒を行いましょう。
・顔を手で触らないようにしましょう。
・三密（「密閉」「密集」「密接」）空間は作らない、近寄らないを徹底しましょう。
・情報を見すぎて不安にならないようにしましょう。事実がどうかを必ず確認する事、情報源がどこかを理解する事、情報ソースを絞る事などしましょう。
今やるべきことは情報に振り回されることでもなければ、他人を責める事でもなければ、イライラして何かにあたることでもないはずです。戦う敵は件のウイルスです。私たちができることを着実にこなしましょう。
この文章を読んで不快に思われる方もいるかもしれません。前もって謝罪しておくので許してください。本当にすみませんでした。これ以後はこういった記事は出しません。よっぽどでしたら断わりなく記事を消します。そのあたりもご了承ください。
何はともあれ、できることをできる範囲で続け、日常を取り戻せるようにこれからも頑張りたいと思います。
では
