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原田美由紀准教授
化学生命工学部 原田美由紀准教授
身近な電子機器から自動車、航空分野まで幅広く利用されている高分子材料のエポキシ樹脂。原田美由紀准教授の開発した「放熱性の高いエポキシ樹脂」が、電子部品材料としての用途を拡大する研究として大きな注目を集めています。
原田准教授が開発した高い放熱性をもつエポキシ樹脂

電子部品材料としての可能性をひらく

関西大学在学中に、高分子材料の世界に出会った原田准教授。その後、研究者として大学院へ進み、エポキシ樹脂を中心としたネットワークポリマーの研究に本格的に取り組みます。エポキシ樹脂は、接着性や耐熱性に優れた特性があることから、以前より接着剤や塗料に利用されています。また、高速道路の橋桁の修復や飛行機の機材など先端工業分野でも用途が拡大。電気絶縁性に優れていることから、ICチップを保護する封止材や電子部品の基板材など、電子部品材料用途も含めると国内で年間十数万トンも利用されています。ただ、ICチップなどは動作をすると発熱し、その熱が内部にこもると誤作動を起こしてしまうため、エポキシ樹脂にも放熱性が求められています。原田准教授はその熱伝導性を改善するための研究に取り組んでいました。

※ネットワークポリマー:3次元の網目状高分子

 
汎用性エポキシ樹脂、液晶導入エポキシ樹脂、磁場中で反応させた液晶導入エポキシ樹脂

エポキシ樹脂に規則性を導入

高分子には2種類あります。1つが、エポキシ樹脂のように、熱を加えると硬化し、再度熱を加えても融けることのない熱硬化性高分子。もう1つは、レジ袋でおなじみのポリエチレンなど、熱を加えると融けてしまう熱可塑性高分子です。熱可塑性高分子の中でも、分子が規則正しく並ぶ結晶性のものは、熱伝導率が高くなることは知られていました。原田准教授は、分子鎖が不均一に存在するエポキシ樹脂でも規則正しい構造を作って固定化できれば、熱伝導率を高めることができるのではないかと考えました。そこで着目したのが、液体の流動性と結晶に近い規則性を併せ持つ「液晶」。エポキシ樹脂の元となる低分子モノマーの化学構造を設計する段階から取り組み、液晶を作る化学構造を組み合わせ、規則性を高めたネットワークポリマーを作ったところ、放熱性を大幅に改善できることがわかりました。

再生医療への応用も視野に

従来は、高分子ポリマーのエポキシ樹脂にさまざまな添加物や充填剤を混ぜることで高性能化をはかるのが一般的でした。原田准教授は、ポリマー特性評価に必要な低分子モノマーの有機合成から挑戦。モノマー量を安定的に確保することに苦労しました。また、モノマー構造に「液晶」を導入しても、ポリマー化後に必ずしも規則性を維持できるわけではなく、あらゆる重合反応条件を幾度も検証する必要がありました。その規則性を維持した上で、ネットワークポリマーを作っては特性を評価するという実験が日夜繰り返され、ついに放熱性の高いエポキシ樹脂の開発に成功しました。「液晶」をネットワークポリマーに活かすという、常識にとらわれない柔軟な発想がついに大きな実を結びました。学会等からの反響も大きく、企業との共同研究にも発展しています。

 
 

関西大学だからできる研究がある

関西大学には多彩な研究活動を行う先端科学技術推進機構や、企業ニーズとのマッチングを行う社会連携部などの支援体制があります。また、企業とのパイプを強くもつ、各分野の第一人者と言える教授陣が多いのも特徴です。複数の研究室が集まって1つのプロジェクトに応募するなど、社会へ発信しやすい環境が整っています。研究で大切なのは、主体的な発信力、豊かなコミュニケーション能力、異分野の考え方を取り入れて既成概念にとらわれない発想力です。さらに、チームでの協力が不可欠な研究室において、団結した学生たちは大きな戦力と考える原田准教授。学生たちには積極的に異分野の講演会に参加することを促し、産業界のトレンドに触れさせています。自分たちの研究が、遠い将来でも社会に役立つことが研究室の目標です。エポキシ樹脂の分野に限らず、社会のさまざまな舞台で活躍できる学生が多く巣立っていくことを、原田准教授は誇りに感じています。

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