材料診断プラットフォームについて教えて下さい。

材料診断プラットフォームでは、多様な先端分析機器を駆使して樹脂やゴム材料等の総合的な分析評価を行います。その結果に基づいて材料特性を左右する構造情報や不具合の根本的な要因を明らかにして、開発指針や解決策を企業に提案することを目的とします。私たちはサプライチェーン上の様々な企業との連携実績をもとに、産業界が抱える共通課題を俯瞰できることが強みです。材料診断プラットフォームによる企業連携を通じて、我が国の産業競争力の向上に貢献します。

材料診断のポイントは何ですか。

樹脂やゴム材料は高分子特有の複雑な分子構造や高次構造、添加剤などの配合を理解する必要があります。企業からの相談が多い劣化解析や耐久性評価では、材料の構造や組成が変化するため分析や解析が更に難しくなります。材料診断プラットフォームには、分子構造から高次構造、物性まで幅広い分析評価技術と材料に関する専門知識を持つ研究者が集まっています。課題解決のために大切なことは「企業の方とのコミュニケーション」です。企業の皆様と密接に連携して分析・評価を行い、結果を踏まえた議論を通じて課題の解決を目指します。

機能化学研究部門の材料診断の特徴について教えて下さい。

材料診断に携わる当部門のメンバーは多彩な研究背景を持っています。機器分析のスペシャリストだけではなく、材料開発の経験者やデータサイエンスを得意とする者などがチームとして課題解決にあたるため、それぞれが全く違った視点から解析を行い、意見を交わし合います。数々の先端分析機器から得られるデータを高度に解析、議論して「なぜそうなるのか」のメカニズムを明らかにすることで、企業の方がお持ちになった未解決課題でも、シナジー・チームワークで突破できると実感しています。

サーキュラーテクノロジー実装研究センターとの連携について教えてください。

2025年4月に、産総研が保有する数々のリサイクル技術を統合して社会実装することでサーキュラーエコノミー社会への転換を加速することを目的として、サーキュラーテクノロジー実装研究センターが設立されました。この実装研究センターでは経済性のあるプラスチックリサイクルを実現するための技術開発を進めており、当部門からは材料診断技術を核として強力に連携を進めています。様々な再生プラスチックの素性を正確かつ簡便に判別して、適切な用途提案を可能とするグレーディング技術の社会実装を目指します。

化学材料評価研究グループの特徴について教えて下さい。

化学材料評価研究グループでは、各種分光法や質量分析法等により得られる分析ビッグデータの解析に、人工知能・機械学習等のデータインフォマティクス技術を導入することにより、材料の劣化度や耐久性を高精度に予測する「材料診断インフォマティクス技術」を研究の柱としています。また、分析・評価技術を活用した企業連携にも力を入れており、多数の共同研究や技術コンサルティングを実施中です。

主に行っている材料評価技術について教えて下さい。

近赤外光や赤外光を使ってプラスチックの劣化状態を非破壊的に分析する技術の開発を行っています。プラスチックは近赤外や赤外の光を吸収しますが、劣化すると吸収の仕方が変化します。この変化を機械学習や人工知能と呼ばれる データ解析技術を使って詳しく調べることで、最終的には光を当てるだけで非破壊的にプラスチックの劣化状態を診断することができます。このようなプラスチックの劣化を簡便に調べる方法は、リサイクルを進める上では極めて有益な技術であり、現在はプラスチックを取り扱う複数の企業への技術提供を進めています。

主に行っている材料評価技術について教えて下さい。

冷凍空調機器の冷媒等に使用される、フルオロオレフィンなどのフロン代替物の燃焼性評価や、新たな燃焼性評価技術の開発を行っています。フロンガスの規制・全廃に応じて利用されていた代替ガスが温暖化効果を理由に削減対象となったことで、さらなるフロン代替物が必要とされるようになりました。しかし、環境に優しくかつ燃焼危険性の低い代替物を開発する際、とりわけ低燃焼性の評価は難しかったため、微小重力下で高精度に評価を行うことができる評価装置を開発しました。

具体的な事例について教えて下さい。

海外冷媒メーカーから、新しく開発した冷媒候補化合物の燃焼性について、微弱すぎて定量評価ができないという相談を受けました。火炎が微弱で浮力で浮かび上がり消えてしまうことから、微小重力下で評価を行う装置を作製。無浮力、非接触な自律的に伝播する火炎を得ることで、燃焼性の評価を行うことができました。現在、この化合物は環境性と安全性に優れた冷媒として、世界のカーエアコンで実用化されています。

主に行っている材料評価技術について教えて下さい。

各種分光法や光散乱法、ナノ力学計測法を駆使して、様々な材料の表面構造や特性を評価する手法の開発に取り組んできました。評価対象とする材料は、高分子材料や金属ナノ粒子などの人工材料からDNAやタンパク質に代表される生体材料まで、幅広く取り扱っています。最近では、物質の質量を正確に測定することが可能な質量分析法を取り入れ、樹脂材料の微細構造を評価する技術開発にも取り組んでいます。

今までに解析を行った事例を教えて下さい。

ポリエステル樹脂の構造解析法の開発に取り組んでいます。最近では質量分析法をもとに、複数のモノマー成分から構成されるポリエステル鎖において、特定のモノマー成分がどのように分布しているのかを明らかにする手法を開発しました。ポリエステル樹脂のなかには、自然環境で分解する生分解性プラスチックとして近年注目を集めているものがあります。開発した解析技術は、このようなポリエステル樹脂が生分解が進行する過程で、どのような変化が生じて崩壊・分解にいたるのかを理解する一助となるものと期待しています。

主に行っている材料評価技術について教えて下さい。

X線回折パターンの時間的変化（動態）を解析することで、材料内部の結晶化や配向、相転移といった構造変化のプロセスを追跡しています。熱・応力・光といった外部刺激に対して、材料がどのように応答し、変化するかという動的挙動の解明を専門としています。さらに化学材料評価研究グループが推進する「分光・質量分析データや機械学習」とを統合し、化学構造・高次構造・時間軸を掛け合わせたマルチモーダルな材料診断インフォマティクスとして、材料の状態を多角的に予測・評価することを目指しています。

どのような企業の方に、貢献できると思いますか。

X線回折技術は、非破壊診断や劣化度・耐久性予測を志向する取り組みでもあり、リサイクル材の受入判定、耐久性のばらつき低減、加速試験条件などの課題に適用しやすいと考えています。バイオ系材料・生体由来材料（バイオマス材料等）についても、バイオ系で培った質量分析技術（翻訳後修飾を含む微細な化学差の検出技術）を横展開し、材料ロット差・反応差・経時変化の説明性を高める支援が可能です。

主に行っている材料評価技術について教えて下さい。

分子の大きさを正確に知ることができる質量分析と、材料に光を当てることでその特性を明らかにする分光分析を組み合わせることで、複雑に絡み合う現象を相互的に捉え、高分子材料の劣化解析を行っています。熱、光、薬品等多様な条件にさらされる材料の化学構造を解析し、どのようなメカニズムで劣化が起こっているのかを解明することができれば、高耐久材料の開発に貢献することができます。

具体的な事例について教えて下さい。

非常に耐久性が高く一般的な条件下ではほとんど劣化しないエンプラについて、劣化の過程を知りたいという事例がありました。そこで、非常に強い光を照射させて解析を行い、劣化を示すマーカーを検出することに成功しました。材料中で実際に起こっている現象を考察し、適切な材料設計をすることが、さらなる高耐久材料の開発へとつながると考えています。高耐久プラスチックの開発は、環境意識の高まりとともにより社会的な意味を持つようになりました。我が子が生きる未来のための研究として目標をもって解析を行っています。