日本理化學研究所（簡稱「理研」）利用稀土類金屬觸媒，使極性烯烴與乙烯實現「精密共聚」，並成功製作了新型「功能性聚合物」，這種聚合體不僅是乾燥的空氣中，在水中、酸性和鹼性水溶液中也具有出自我修復性能和形狀記憶性能。此次的研究成果有望促進開發出可在各種環境中進行自我修復，且具有高度實用性的新型功能性材料。
此次，研發小組利用自主開發的稀土類觸媒，首次使乙烯與甲氧苯基丙烯類成功實現精密共聚，獲得的新型聚合體不僅具有彈性特性，表現出極高的延伸率（2200％），而且還具備非常優異的自我修復性能。即使不從外部施加任何刺激和能量，在空氣、水、酸性及鹼性水溶液中都顯示出了自我修復性能。另外，這種新型聚合體通過溫度控制，還可以作為形狀記憶材料，擁有形狀固定率和形狀恢復率達到99％的優異特性，即使反復改變形狀，恢復性能都沒有降低。
本次研究成果預定發布在美國國際科學雜誌《Journal of the American Chemical Society》上，並於2月7日先行發布在網路版上。
具體做法是利用鈧（Sc）觸媒，在1個大氣壓力條件下使乙烯與甲氧苯基丙烯進行共聚，僅一步就成功獲得了分子量比較高的聚烯（圖1）。通過結構分析發現，其結構中除甲氧苯基丙烯與乙烯的交替單元外，還具有乙烯-乙烯鏈。
圖1：利用鈧觸媒使乙烯與甲氧苯基丙烯類發生共聚反應
研究確認，獲得的聚烯不僅顯示出延伸率約為2200％的優異彈性體特性，還具備自我修復性能。即使不從外部施加任何刺激和能量，在空氣（圖2上）、水、酸性和鹼性水溶液中也都顯示出自我修復性能（圖2下）。
圖2：新型功能性聚合物在空氣和水中的自我修復
此外，通過將甲氧苯基丙烯類的取代基換成t-Bu基等大型取代基，還可以控制聚合體的熱特性，合成在室溫下可作為硬塑料使用，加熱後則顯示出彈性體特性的材料。研究發現，通過合理利用該性質進行溫度控制，該聚合體可作為形狀記憶材料使用（圖3）。在50℃的加熱狀態下改變該聚合體的形狀，然後直接冷卻至室溫水平的話，將在變形的狀態下固化。再將其加熱至50℃後，又會迅速恢復為原來的形狀，顯示出形狀固定率和形狀恢復率達到99％的出色形狀記憶特性。另外，即使反復改變其形狀，功能也沒有降低。
圖3：新型功能性聚合物的形狀記憶特性
研究發現，該聚合體具有彈性體特性、自我修復性及形狀記憶特性的理由之一主要是因為構築了網絡式結構，在這種網絡式結構中，甲氧苯基丙烯與乙烯的交替單元作為柔軟的成分發揮作用，而乙烯-乙烯鏈的硬晶體單元可作為物理交聯點（圖4）。
圖4：新型功能性聚合物的微相分離結構模式圖
文 JST客觀日本編輯部
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