“精密聚合”是一种能使构成化学物质的分子的长度和形状保持一致、实现预期功能的技术。开创这一领域的日本和美国的研究人员被视为诺贝尔奖候选人。日本的化学企业创造出各种高功能产品，不断推动普及。精密聚合已成为左右材料产业竞争力的技术，日本经济新闻（中文版：日经中文网）根据日本专利厅的专利申请技术动向调查报告汇总了全球的相关动向。

 

       半导体已经成为关系到经济安全保障的战略物资，而刻印微细电路的工序不可或缺的光刻胶（感光树脂）正是采用精密聚合技术来制造。要应对接近极限的微细化，必须将光刻胶的多种分子相互连接起来，长度也要保持统一。还需要使杂质接近于零。在全球掌握巨大份额的日本JSR的主任研究员丸山研表示，“对光刻胶的高性能化来说，精密聚合是必不可少的”。

 

 

       塑料和合成纤维等化学品的结构是由很小的分子像念珠那样连成长串。例如，被用于塑料购物袋等的聚乙烯是由大量乙烯分子连接起来形成的。能使分子连接起来的化学反应就是聚合。

 

       如果利用此前的聚合技术，分子的长度各不相同，中途会产生杂质。虽然在价格低廉的通用产品方面没有问题，但是对制造高功能材料形成阻碍。对研究人员而言，能形成特定的分子长度和结构的精密聚合是一大梦想。

 

 

       日美澳借助自主技术实现飞跃

 

       关于精密聚合的各种尝试在世界上展开，带来飞跃契机的是1995年问世的“活性自由基聚合（LRP）”。当时的京都大学教授泽本光男（现为日本中部大学教授）和美国卡内基梅隆大学的教授克日什托夫·马蒂亚谢夫斯基分别自主进行技术开发，在同一时期发表了成果。1998年，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的3名研究人员发布了名为“RAFT聚合”（可逆加成-断裂链转移聚合）的另一种精密聚合技术。两种技术均可以将不同种类的分子连接起来，能用于广泛材料。随着这两种技术的问世，精密聚合的研究和应用变得活跃。

 

 

       在研究方面，马蒂亚谢夫斯基教授的团队引领世界。从2000～2018年发布的论文数来看，马蒂亚谢夫斯基排在第1位，在被他人引用次数较多的关注度高的论文和专利方面也排在首位。

 

       卡内基梅隆大学在论文篇数上排在第2位。泽本教授曾任职的京都大学也排在第7位。日美澳的5名研究人员被视为诺贝尔奖候选人。

 

 

       自1990年代后半期开始，全球的化学企业展开了精密聚合的开发竞赛，而在产品化方面领先的是日本企业。

 

       日本Kaneka与马蒂亚谢夫斯基合作，1995年启动共同研究，2006年在世界上率先实现了活性自由基聚合的实用化。该技术用于制造填充住宅窗框和瓷砖缝隙等的填充剂。如果利用此前技术制造，分子的长度各不相同，容易弄脏，耐久性等方面也存在问题。如果使用精密聚合，分子长度统一，能克服这些缺点。精密聚合技术也被用于汽车的发动机零部件、电子基板的保护材料等，还开始用于纯电动汽车。

 

利用活性自由基聚合制造的填充剂具有耐热性和耐久性（固定窗框玻璃的作业， 照片由Kaneka提供）

 

       在2000～2017年获批专利的数量方面，Kaneka排在首位。负责开发的Kaneka North America的中川佳树自信地表示，“我们在周边技术和经验方面也领先”。

 

       中型企业通过专利显示存在感

 

       日本专利厅的报告书显示，法国的阿科玛（Arkema）和比利时的索尔维（Solvay）等欧洲的化学企业拥有受到关注的专利。在专利数方面，阿科玛排在第4位，索尔维排在第8位。除了粘合剂等之外，还在开发医用导管和透气性薄膜使用的材料。美国企业没有取得突出的成果，日欧在这一领域起到拉动作用。与大型化学企业相比，在特定领域具有优势的中型企业显示出存在感。

 

 

       其中之一是日本大塚控股旗下的大塚化学。大塚化学生产用于彩色滤光片的材料，彩色滤光片用于产生具有现场感的清晰影像的4K、8K液晶电视。彩色滤光片只要略微出现色差，就难以显示超高清影像。大塚化学的材料的构造是将容易与颜料结合的分子及与周围液体亲和的分子连接起来，防止颜料聚集后结合起来形成块状。这种材料由大塚化学与京都大学教授山子茂共同开发。

 

 

       这种材料是大塚化学的业务支柱，据悉全球份额达到30％。大塚化学认为精密聚合技术能应用于电子、光学和医疗等最尖端领域的材料。该公司的项目主管河野和浩表示“接下来的开发目标是面向医疗用途”。

 

大塚化学正在利用活性自由基聚合来生产用于液晶显示屏的彩色滤光片材料等（德岛工厂的生产设备，照片由该公司提供）

 

       中国也大力推进研究

 

       精密聚合使用高价的金属和化合物作为引发化学反应的催化剂，成本高昂。关键是能否充分利用能形成发挥预期功能的分子这一优点，开发出即使价格高昂也具有市场需求的高功能材料。在日本专利厅报告书制作过程中担任顾问的名古屋大学教授上垣外正己指出，“关键是如何设计符合目的的分子，掌握实现目标的聚合方法”。

 

       在专利和论文数量方面，中国均位居世界第一，但据上垣外教授表示，其中几乎不具备有用性强的技术。但是，中国政府力争加强材料产业，正在提供支援，政府机构和大学已开始积极推进研究。日本要保持材料产业的优势，需要与国内外的优秀研究人员合作，培育新一代技术。

 

       本文作者为日本经济新闻（中文版：日经中文网）编辑委员 青木慎一

 

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