「精密聚合」是一種能使構成化學物質的分子的長度和形狀保持一致、實現預期功能的技術。開創這一領域的日本和美國的研究人員被視為諾貝爾獎候選人。日本的化學企業創造出各種高功能産品，不斷推動普及。精密聚合已成為左右材料産業競爭力的技術，日本經濟新聞（中文版：日經中文網）根據日本專利廳的專利申請技術動向調查報告匯總了全球的相關動向。

 

       半導體已經成為關係到經濟安全保障的戰略物資，而刻印微細電路的工序不可或缺的光刻膠（感光樹脂）正是採用精密聚合技術來製造。要應對接近極限的微細化，必須將光刻膠的多種分子相互連接起來，長度也要保持統一。還需要使雜質接近於零。在全球掌握巨大份額的日本JSR的主任研究員丸山研表示，「對光刻膠的高性能化來説，精密聚合是必不可少的」。

 

 

       塑膠和合成纖維等化學品的結構是由很小的分子像念珠那樣連成長串。例如，被用於塑膠購物袋等的聚乙烯是由大量乙烯分子連接起來形成的。能使分子連接起來的化學反應就是聚合。

 

       如果利用此前的聚合技術，分子的長度各不相同，中途會産生雜質。雖然在價格低廉的通用産品方面沒有問題，但是對製造高功能材料形成阻礙。對研究人員而言，能形成特定的分子長度和結構的精密聚合是一大夢想。

 

 

       日美澳借助自主技術實現飛躍

 

       關於精密聚合的各種嘗試在世界上展開，帶來飛躍契機的是1995年問世的「活性自由基聚合（LRP）」。當時的京都大學教授澤本光男（現為日本中部大學教授）和美國卡內基梅隆大學的教授克日什托夫·馬蒂亞謝夫斯基分別自主進行技術開發，在同一時期發表了成果。1998年，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）的3名研究人員發佈了名為「RAFT聚合」（可逆加成-斷裂鏈轉移聚合）的另一種精密聚合技術。兩種技術均可以將不同種類的分子連接起來，能用於廣泛材料。隨著這兩種技術的問世，精密聚合的研究和應用變得活躍。

 

 

       在研究方面，馬蒂亞謝夫斯基教授的團隊引領世界。從2000～2018年發佈的論文數來看，馬蒂亞謝夫斯基排在第1位，在被他人引用次數較多的關注度高的論文和專利方面也排在首位。

 

       卡內基梅隆大學在論文篇數上排在第2位。澤本教授曾任職的京都大學也排在第7位。日美澳的5名研究人員被視為諾貝爾獎候選人。

 

 

       自1990年代後半期開始，全球的化學企業展開了精密聚合的開發競賽，而在産品化方面領先的是日本企業。

 

       日本Kaneka與馬蒂亞謝夫斯基合作，1995年啟動共同研究，2006年在世界上率先實現了活性自由基聚合的實用化。該技術用於製造填充住宅窗框和瓷磚縫隙等的填充劑。如果利用此前技術製造，分子的長度各不相同，容易弄髒，耐久性等方面也存在問題。如果使用精密聚合，分子長度統一，能克服這些缺點。精密聚合技術也被用於汽車的引擎零部件、電子基板的保護材料等，還開始用於純電動汽車。

 

利用活性自由基聚合製造的填充劑具有耐熱性和耐久性（固定窗框玻璃的作業， 照片由Kaneka提供）

 

       在2000～2017年獲批專利的數量方面，Kaneka排在首位。負責開發的Kaneka North America的中川佳樹自信地表示，「我們在周邊技術和經驗方面也領先」。

 

       中型企業通過專利顯示存在感

 

       日本專利廳的報告書顯示，法國的阿科瑪（Arkema）和比利時的索爾維（Solvay）等歐洲的化學企業擁有受到關注的專利。在專利數方面，阿科瑪排在第4位，索爾維排在第8位。除了黏合劑等之外，還在開發醫用導管和透氣性薄膜使用的材料。美國企業沒有取得突出的成果，日歐在這一領域起到拉動作用。與大型化學企業相比，在特定領域具有優勢的中型企業顯示出存在感。

 

 

       其中之一是日本大塚控股旗下的大塚化學。大塚化學生産用於彩色濾光片的材料，彩色濾光片用於産生具有現場感的清晰影像的4K、8K液晶電視。彩色濾光片只要略微出現色差，就難以顯示超高清影像。大塚化學的材料的構造是將容易與顏料結合的分子及與周圍液體親和的分子連接起來，防止顏料聚集後結合起來形成塊狀。這種材料由大塚化學與京都大學教授山子茂共同開發。

 

 

       這種材料是大塚化學的業務支柱，據悉全球份額達到30％。大塚化學認為精密聚合技術能應用於電子、光學和醫療等最尖端領域的材料。該公司的項目主管河野和浩表示「接下來的開發目標是面向醫療用途」。

 

大塚化學正在利用活性自由基聚合來生産用於液晶顯示器的彩色濾光片材料等（德島工廠的生産設備，照片由該公司提供）

 

       中國也大力推進研究

 

       精密聚合使用高價的金屬和化合物作為引發化學反應的催化劑，成本高昂。關鍵是能否充分利用能形成發揮預期功能的分子這一優點，開發出即使價格高昂也具有市場需求的高功能材料。在日本專利廳報告書製作過程中擔任顧問的名古屋大學教授上垣外正己指出，「關鍵是如何設計符合目的的分子，掌握實現目標的聚合方法」。

 

       在專利和論文數量方面，中國均位居世界第一，但據上垣外教授表示，其中幾乎不具備有用性強的技術。但是，中國政府力爭加強材料産業，正在提供支援，政府機構和大學已開始積極推進研究。日本要保持材料産業的優勢，需要與國內外的優秀研究人員合作，培育新一代技術。

 

       本文作者為日本經濟新聞（中文版：日經中文網）編輯委員 青木慎一

 

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