東邦大学は、1925年設立の自然科学系総合大学です。今回は、千葉県の習志野キャンパスにある、理学部化学科 高分子化学教室（研究室）に訪問させていただきました。
高分子化学教室（教授の長谷川匡俊先生、講師の石井淳一先生）では、有機物として最高レベルの耐熱性をもつ高分子材料「ポリイミド」や「ポリベンゾオキサゾール」等の高性能・高機能化の研究を行なっています。
高分子化学教室での研究とは？
石井先生にお話を伺いました。
Qどのような研究を行なっていますか?
A高分子化教室では、高分子材料「ポリイミド」等の高性能・高機能化の研究を行なっています。例えば、次世代の耐熱性電気絶縁材料の開発を行なっています。
Qポリイミドの研究について教えてください。
Aポリイミドとは、例えばフレキシブル（曲げられる）プリント配線基板（FPC）に使用されている材料の1つで、パソコンや携帯電話、デジカメになくてはならない重要な材料です。ポリイミドが有する特徴的な性質としては、次の2つが挙げられます。
・耐熱性…260℃を超える耐熱性（無鉛半田実装に耐える温度）
・熱に対する寸法安定性…無機物（銅やITO等の回路やシリコンウェハーなど）と積層するので金属に近い寸法安定性がないとさまざまな不具合が生じる（「反り」や「クラック」などが発生する）
私たちは、これらの特性を更に高めながら、従来では困難とされていた複数の性能（熱可塑性や透明性など）と機能（感光性や熱伝導性など）を同時に満たす新規な樹脂開発を目指しています。
研究を進める上で重要な測定の1つとしてフィルムの屈折率があります。ポリイミドの熱に対する寸法安定性は、ポリイミド分子鎖面内に対する高度な配向が必要になります。試作したポリイミドは、配向に応じて複屈折が生まれるので、アッベ屈折計（NAR-1T LIQUID）で、どれくらい配向しているか確認しています。
Qどのように試作するのですか?
A高分子の材料であるモノマーを合成してから、溶媒中でそのモノマーを重合し、高分子を得ます。その後、ガラス板に塗り乾燥させると溶媒が飛んで高分子の膜ができます。必要に応じて熱処理を加え、試作フィルムとします。
物理化学実験とは？
Q物理化学実験とはどのような授業ですか?
A3年生が履修する、実験授業です。約60人の学生が8つの実験を行ないます。1つの実験は、やく4時間×2日間の8時間で行なうようになっています。その中の1つに屈折率の測定実験があります。
Q屈折率の測定実験を詳しく教えてください。
Aアッベ屈折計を5台使っております。3台は最近更新しました。2人1組の実験です。実験は、大きく分けて3つの測定を行ないます。
- 各種アルコールの屈折率測定
- 「水とアルコール」および「ヘプタンとシクロヘキサン」の混合液の屈折率測定
- フッ化カルシウム（固体）の屈折率測定
1.各種アルコールの屈折率測定
水と分子量の異なる10種類のアルコールの屈折率を測定します。アルコールは、1価（OH基が1つ）とします。この時の屈折率と分子量の相関をみてもらいます。分子量の逆数と屈折率に相関がある事が分かり、実験式を導く事ができます。実験式から道のサンプルの屈折率を計算し、文献値と比較して考察します。
2.「水とアルコール」および「ヘプタンとシクロヘキサン」の屈折率測定
「水とアルコール」、そして「ヘプタンとシクロヘキサン」の混合組成を0～100mol％の間で細かく変化させて屈折率を測定し、屈折率と混合組成比の関係として加成性（※）が成り立つかどうか確認します。2つの混合系では、大きく挙動が異なります。この現象について考察してもらいます。
※加成性…「2成分の混合液において、堆積1：1で混合して2になることです。」
水とエタノールの間には加成性は成立しません。尚、水とエタノールのように加成性が成立しない理由としては、分子の大きさとともに、異分子間相互作用の強さも影響しています。
3.フッ化カルシウム（固体）の屈折率測定
k固体の屈折率を測定します。試験管にフッ化カルシウムを取ります。トルエンとヘプタンを同じ試験管の中で混合し、フッ化カルシウムが見えなくなった時、液体と固体が同じ屈折率になった事になります。この時の液体の屈折率をアッベ屈折計で測定して、固体の屈折率と解します。
※弊社では、ベッケ線による固体の屈折率測定と呼んでいます。
実際に屈折率を測定し、そこから送還を考察したり、加成性を検討したり、理論式を考察したりと、学生にとっては、創意工夫ができるカリキュラムですね。
結果も出やすく分かりやすい実験です。考察も深いところまで行えるので、いろいろな実験レポートが出てきます。より深く考察してあるレポートや、実験結果中心のレポートもあります。とても熱心に実験しています。
石井先生、本日は詳しく説明くださり、ありがとうございました。
東邦大学 高分子科学教室
https://www.toho-u.ac.jp/sci/chem/lab/polymerchem_lab/index.html
