平成３０年度

研究最前線講演会～キャリアデザインのための企業・研究との出会い～

要 旨 集

日 時: 平成３０年３月９日（金）、１０日（土）場 所: 理化学研究所 計算科学研究機構
主 催:

公益社団法人日本化学会 近畿支部
〒550-0004 大阪市西区靱本町1-8-4 大阪科学技術センター6F
Tel:06-6441-5531 Fax:06-6443-6685 e-mail:csjkinki@kinki.chemistry.or.jp

共 催:

国立研究開発法人理化学研究所 計算科学研究機構

国立大学法人神戸大学

研究最前線講演会の目的以外の使用ならびに無断で複製・転載することを固く禁じますプログラム３月９日（金） 13:00開始 見学会1時間、講演は各社30分の予定
13:00
｜
13:30

開会挨拶

13:30
｜
14:30

スーパーコンピュータ「京」見学会

14:40
｜
15:10

京コンピュータを利用した次世代タイヤ材料の研究開発

内藤 正登
住友ゴム工業株式会社 研究開発本部
研究第一部

15:15
｜
15:45理論分子科学と京コンピュータ

中嶋 隆人
理化学研究所 計算科学研究機構
量子系分子科学研究チーム チームリーダー

15:50
｜
16:20

柔軟剤の効果発現メカニズムの解明

五十嵐 崇子
花王株式会社
マテリアルサイエンス研究所 主任研究員

16:25
｜
16:55

世界初の電池式都市ガス警報器を実現した
超省電力ガスセンサーの開発

野中 篤
大阪ガス株式会社
エネルギー技術研究所 主任研究員

17:15
｜
19:00

講演者を囲む会（交流会）

３月１０日（土） 11:00開始
11:00
｜
11:30
11:35
｜
12:05

農薬研究開発の最前線

坂本 典保
住友化学株式会社
理事 健康・農業関連事業研究所所長

独 自 設 計 に よ る UV硬 化 性 モ ノ マ ー （ VEEA）の開発

西井 聖悦
株式会社日本触媒 生産本部
生産技術センター 主任

まさよし京コンピュータを利用した次世代タイヤ材料の研究開発
住友ゴム工業株式会社 研究開発本部 研究第一部
内藤 正登
タイヤは，車両重量を支える，走る，曲がる，止まるという自動車の基本機能を担う重要な部品です．一方，タイヤにも，他の多くの自動車用部品と同様に，地球温暖化問題や化石燃料枯渇問題などの環境問題への対応が求められます．地球環境への配慮と安全・安心を両立する高性能・高品質なタイヤを開発するためには，特に，高性能なゴム材料をスピーディーに開発することが重要となっています．中でも，タイヤの軽量化による自動車の燃費（電費）性能の向上，省ゴム資源化といった地球環境への更なる対応のために，耐摩耗性に優れた高性能タイヤ用ゴム材料の開発が求められています．
タイヤ用のゴムは，骨格となるポリマーを始めとして，シリカ，カーボンなどの補強材や，オイル，レジンなどの添加剤，更にはポリマー同士を繋ぐ硫黄架橋剤，シリカとポリマーを繋ぐシランカップリング剤など多くの材料から構成されており，これらの材料が密接に関係し合ってゴムの特性を発揮しています．高性能なゴムを開発するためには，材料とゴムの特性の関係を詳しく理解し，その能力を最大限発揮させる事が重要となります．
そこで当社では，大型放射光施設 SPring-8*1・大強度陽子加速器施設 J-PARC*2・スーパーコンピュータ京*3 を連携活用することで，ゴムを分子レベルで忠実に再現したシミュレーション解析を実現させ，タイヤの相反性能である耐摩耗性能，低燃費（電費）性能，グリップ性能を向上させるゴム材料を開発する技術 ADVANCED 4D NANO DESIGN を開発しました（図 1）．

図 1 タイヤ用ゴム材料の大規模分子シミュレーションモデル
講演では，ADVANCED 4D NANO DESIGN 技術および当技術を利用して耐摩耗性能に優れるゴム材料を開発し，商品化した事例について紹介します．
*1 世界最高性能の放射光を生み出すことができる大型放射光施設（兵庫県佐用郡佐用町）*2 最先端研究を行うための陽子加速器群と実験施設群（茨城県那珂郡東海村）*3 世界有数の計算速度を誇る，スーパーコンピュータ（兵庫県神戸市中央区）

理論分子科学と京コンピュータ
国立研究開発法人理化学研究所 量子系分子科学研究チームチームリーダー
中嶋 隆人
われわれは現在，スーパーコンピュータ「京」やポスト「京」コンピュータによる元素戦略的なハイスループット・コンピューティングに基づき，マテリアルズ・インフォマテ
ィクス手法を用いることで，エネルギー問題解決に向けた新規材料探索の実現を目指している．
そのため，「京」をはじめとするスーパーコンピュータの並列計算環境を有効に活用できる分子科学計算ソフトウェア「NTChem」の開発を行っている [1, 2]．
「NTChem」は一から設計をした新しい国産分子科学計算ソフトウェアである．既存ソフトウェアの持つ多くの機能をカバーしつつ，われわれが新たに開発してきた理論手法の集大成でもあって，他のプログラムでは利用することのできない多くの量子化学計算法を含んでいる．
「京」などのマルチコア超並列クラスタ計算システムの性能を引き出すことが可能な並列アルゴリズムが実装されている．「NTChem」を使うことで，数百~千原子系の大規模な分子の構造最適化や化学反応経路を高速に，かつ高精度にシミュレーションすることができる．また，「NTChem」では相対論的分子理論に基づいて周期表のすべての元素を同じ精度で取り扱うことも可能である．このため，「NTChem」は理論予測のための分子シミュレーションの道具として使うことができる．
「NTChem」を利用することで適用できる科学問題や対象を大幅に拡げることが可能である．
また，最近では，スーパーコンピュータ「京」を利用した高効率なハイスループット・スクリーニングに基づいた材料探索により非鉛化ペロブスカイト太陽電池と可視光応答型ペロブスカイト光触媒の新たな材料候補を発見している．ペロブスカイト太陽電池に対しては，二重ペロブスカイトと呼ばれる A2BBʹX6 型の化合物を対象とし，11,025 個の組合せの化合物から 51 個の低毒性非鉛化ペロブスカイト候補化合物を提案した [3]．提案した二重ペロブスカイト候補は，本研究により初めて提案された化合物である．太陽電池として適切な 51 個の候補化合物を，B–Bʹの組合せに着目して周期表の族の組合せで分けると，規則性があり，①第 14 族–第 14 族，②第 13 族–第 15 族，③第 11 族–第 11 族，④第 9 族–第13 族，⑤第 11 族–第 13 族，⑥第 11 族–第 15 族の 6 タイプに分類できることがわかった．
ペロブスカイト光触媒に対しては，29,160 個の組合せの化合物から 42 個の可視光応答型水分解ペロブスカイト光触媒候補化合物を提案した．そのうち，34 個は本研究により初めて提案された化合物である．d0/d10 電子配置を持つ窒素酸化物と部分占有 d 電子を持つ酸化物が可視光応答型水分解光触媒として望ましいペロブスカイトであることがわかった．とりわけ，元素戦略の観点からは，NaWO2N，KWO2N，MgWON2，CaVO2N，CaAl1/3W2/3O2N，CaV2/3Fe1/3O3 の 6 個のペロブスカイトを安価でレアメタルを用いない光触媒材料の候補として提案することができる．
本講演では，「NTChem」および材料設計シミュレーションの取組みについて紹介する．
[1] T. Nakajima, M. Katouda, M. Kamiya, Y. Nakatsuka, Int. J. Quantum Chem. 115, 349 (2015).
[2] http://labs.aics.riken.jp/nakajimat_top/ntchem_j.html[3] T. Nakajima, K. Sawada, J. Phys. Chem. Lett. 8, 4826 (2017).

柔軟剤の効果発現メカニズムの解明
花王株式会社
マテリアルサイエンス研究所
五十嵐 崇子家庭用柔軟剤は、我々の生活の中で無くてはならない消費財の一つとして広く普及している。近年その価値は多様化し、香り・抗菌・防臭等を訴求した様々な製品が市場に溢れているが、その基本性能が、柔軟化である事に変わりはない。繊維を柔軟化するという性能は、消費者に機能面だけではなく感性価値を与え、生活者に豊かさを与える。タオルや衣料は、日常的に繰り返される洗濯操作により、次第に硬い風合いに変化していくが、洗濯濯ぎ時に柔軟剤を適量使用する事で、柔らかな肌触りを容易に付与する事ができる。この効果を顕著に感じさせる繊維が木綿である。この繊維素材が剤の使用により柔軟化する機構としては、従来、繊維間の摩擦低減に視点をおいた考え方が定説として知られてきた。
これに対して、我々は濡れた状態から自然乾燥した木綿布が非常に硬くなる現象に着眼し、この硬化を柔軟剤が極めて効果的に低減している点に着眼した。そして、柔軟剤処理前後の木綿繊維の曲げ剛性値のプロファイル変化を精査し、“柔軟剤の作用は、硬化の根本原因である木綿繊維間に形成する不凍性結合水を介した水素結合ネットワークに対する形成阻害（Fig.1）”である事を主旨とする新しい理論を提示した。またこの理論の妥当性を、絶乾処理操作により木綿が柔軟化する現象を捉えることで確認した。さらに、布や糸といった繊維集合体レベルでの柔軟剤の吸着様式に視点を注ぎ、剤の可視化の手法を用いて、柔軟剤が布・糸表面から深さ方向に対して、濃度勾配を伴う偏在吸着を引き起こしている事を見出し、この様な特異性（剤吸着の偏在性）こそが、少量の剤の使用で効果的な作用を与える根本要因であるという理論を提示した。また、標準量（0.1% o.w.f)の剤の使用条件下では、糸／糸の交点や撚糸の内部といった繊維の非露出部での剤の存在確率が乏しい事を明示する事で、前述した剤の作用点としての交点（摩擦）での役割が乏しい事も明確にし、柔軟剤による柔軟化が「糸-糸間の交点における(動）摩擦の低減」によるというイメージとは異なる主要因が介在する事を示した。上記載の柔軟剤に備わる本質的な機能（水素結合形成阻害能）と剤の吸着様式が偏在性を有するという考え方を統合する事で、剤使用量を変化する事で、顕著な風合い変化が生じる現象の理解に繋がる（Fig.2）。
本研究を通じて得た新しい理論は、これ迄、常套されてきた評価軸に対して新しい視点を与えるものである事から、柔軟基剤の分子・処方設計、風合いの価値軸に新しさを与える基礎的な知見として活用したいと考えている。

世界初の電池式都市ガス警報器を実現した超省電力ガスセンサーの開発
大阪ガス株式会社 エネルギー技術研究所
野中 篤
環境負荷の低いエネルギー源や化学原料として天然ガスの重要性が一層増している．その探査・採掘・輸送・供給・消費の各段階での安全・安心を確保する上で，化学センサーの一種である半導体メタンセンサーは非常に重要な役割を担っており，これを搭載したガス警報器の国内設置総数は約 1000 万台にも上っている．しかしながら，炭化水素の中で最も反応性に乏しいメタンを検知する反応を進めるためにはセンサー素子である酸化スズを400℃程度に加熱する必要があり，警報器の駆動には外部 AC 電源が必要であった．設置場
所制約を解消し警報器の普及を更に促進するために電池駆動化（コードレス化）が強く望まれてきたが，センサーの加熱消費電力を従来の数百分の一に削減する必要が有るため，永年「夢の技術」と言われてきた．
抜本的な省電力化を実現するために，これまで困難とされてきたガス検知材料の薄膜化に挑戦し，新規薄膜形成手法により高い加熱応答性を有し難反応性のメタンに対し高い活性を長期間安定して発現する独自の「ナノ柱状構造酸化スズ薄膜」（図 1）を開発した．この「ナノ柱状構造酸化スズ薄膜」をベースに，富士電機株式会社と共同で独自の MEMS 技術を駆使して微小デバイス化しながら，各要素のロバスト性向上を進め，検知の瞬間のみ加熱する極短パルス駆動方式を高度化することによって，従来の約 600 分の 1 以下の電力で駆動可能な高感度・高選択性を有する「超省電力メタンセンサー」を開発した（図 2）．
都市ガス警報器は長期間極めて高い信頼性が求められる保安機器であることに加え，製品安全に対する要求水準の高度化に伴い，新技術を市場に出す前に長期信頼性を充分に確立することが強く求められるようになった．このため，全国 660 カ所の多様な設置環境での実現場環境特性変動試験の結果を解析し，性能変化メカニズムの解明，性能変化を抑制する信頼性強化技術の考案，加速評価手法の確立，信頼性強化技術の効果検証により警報器用途に求められる極めて高い長期信頼性を確立した．
2015 年 5 月，大阪ガスは，本センサーを搭載した世界初の電池駆動家庭用都市ガス警報器を発売した（図 3）．近年の IoT や M2M，ウエラブルセンサーなどの技術潮流を背景に，電池駆動可能な低消費電力センサーの開発が求められている．本技術は，先ずメタンを検知対象として実用化されたが，センサー駆動の工夫により，様々な可燃性ガスを検知対象とすることができることから，超低消費電力で各種ガスを検知するセンサーとして広い分野への応用展開を図っていく予定である．

図 1 ナノ柱状構造酸化スズ薄膜の断面構造(a)SEM像、 (b)模式図

図 3 電池駆動家庭用ガス警報器
図 2 超省電力メタンセンサー

農薬研究開発の最前線
住友化学株式会社 理事 健康・農業関連事業研究所所長
坂本 典保
１．はじめに持続可能な開発目標（SDGs）（国際連合広報センター）
国連で 2015 年 9 月に全加盟国 193 ヵ国の賛同により採択された持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals：SDGs）には，2030 年までに実現すべき目標が 17 の分野別に盛り込まれている。貧困，食糧，健康，気候変動，環境，エネルギーなどの 17 の地球規模の課題解決を地球全体で取り組むことで持続可能な世界を目指す。
この SDGs の「飢餓をゼロに」という目標達成の大きな柱は食料増産である。周知のように世界人口は増え続けているが，食料・飼料生産の基盤となる作物の耕作地の面積は，ここ数十年横ばいで推移しており，今後も増加する見込みはない。このような状況の中で，十分な食料を確保していくには，農薬などの作物保護剤や作物保護方法，その他の手段で，耕作地単位面積あたりの作物の生産能力，すなわち，単収を増やしていく以外に方策はない。
また「すべての人に健康と福祉を」という目標については，マラリアなどの熱帯感染症対策が例としてあげられる。蚊を中心とするベクターコントロールでの貢献が，既存殺虫剤を応用することによりすでになされている。地球温暖化に伴い，今後，その重要性は益々高まるだろう。
２．農業・農薬研究開発の最前線
こういった国際社会の取組みを踏まえながら、本セッションでは、まず食料増産に欠かせない作物保護剤（農薬等）並びに作物保護方法の研究開発状況を紹介し、また本分野での技術革新の波は、この分野にも当然、確実に押し寄せており、遺伝子組み換え作物のみならず、ゲノム編集や RNAi，そして人工知能を利用した研究開発や農業生産技術の最前線の取組みついても触れてみたい。
一方、技術のさらなる進化、いわゆる“デジタル化”の流れに反し，依然としてセレンディピティを活用した“アナログ式”研究が、特に医農薬新規剤開発分野において大きく寄与していることも否定できない（“アナログ式”とは，研究者の冷静な観察眼，過去の経験から蓄積された知識や勘を意味する）。医薬と農薬分野での研究開発の比較も交えながら、農薬研究開発の最前線について紹介したい。

独自設計による UV 硬化性モノマー（VEEA）の開発
株式会社日本触媒 生産技術センター
西井 聖悦
これまでに開発されたＵＶ／ＥＢ硬化性モノマーは、（メタ）アクリル酸エステル類、ビニル化合物類に代表されるラジカル硬化型と、ビニルエーテル類、エポキシ化合物類に代表されるカチオン硬化型に分類される。また、反応性希釈剤に用いられるＵＶ硬化性モノ
マーには、①速硬化性、②低粘度、③低毒性、④硬化時に酸素による阻害を受けない等のニーズがあるが、これら全てを満たすＵＶ硬化性モノマーはこれまでに知られていなかった。
そこで当社では、一分子内にラジカル重合性基とカチオン重合性基を併せ持つ異種重合性モノマーを分子設計し、アクリル酸２－（２－ビニロキシエトキシ）エチル（ＶＥＥＡ）を開発した。
これまでにも一分子内にラジカル重合性基とカチオン重合性基を併せ持つ異種重合性モノマーは、２段階重合などの分野において検討されていたが、非常に重合性が高く工業的に生産された例は少ない。さらに、ＶＥＥＡは沸点が９４℃／３．３ｍｂａｒと高く高真空下での蒸溜精製が必要なため、工程途中における液相部・気相部での重合防止が難しく、工業的な生産は非常に困難であった。特に気相部の重合防止においては、蒸気圧の高いアルキルフェノール系１次酸化防止剤を種々検討したが、全く効果を示さなかった。そこで各種様々な重合禁止剤を検討し、ニトロソ化合物の分解物が重合防止に効果的であることを見出し、ＶＥＥＡの安定生産を可能にした。本プロセスの反応工程から触媒回収工程においてはアルキルフェノール系１次酸化防止剤、ニトロソ化合物、その他数種類の重合防止剤を組み合わせることにより重合を防止している。これらの組み合わせとそれぞれの量比のバランスが少しでも狂うと各工程において重合物が発生してしまい、安定した生産ができなくなる。ＶＥＥＡの工業化は弊社独自の重合防止技術により初めて達成された。
ＶＥＥＡの特性としては、２５℃における粘度が３．７ｍＰａ・ｓと非常に低粘度で、蒸気圧は低く低臭気である。また、変異原性陰性、低皮膚刺激性、低急性毒性といった安全性の高いモノマーである。
ＶＥＥＡ単独でのＵＶ硬化性をジエチレングリコールジアクリレート（ＤＥＧＤＡ）及びジエチレングリコールジビニルエーテル（ＤＥＧＤＶ）と比較した（表１）。ＶＥＥＡは少量の光ラジカル重合開始剤により優れたＵＶ硬化性を発揮した。当初予想に反して、光カチオン重合開始剤を併用しなくても光ラジカル重合開始剤のみでビニルエーテル基も硬化することが判明した。
さらに、ＶＥＥＡは 表１．ＶＥＥＡのＵＶ硬化性
123Run No.
ビニルエーテル基由ＶＥＥＡ
(wt%)
100－
－
来 に よ る 性 能 と し て ＤＥＧＤＡ(wt%)－10053.5(wt%)－－46.5酸 素 に よ る 重 合 阻 害 ＤＥＧＤＶIrgacure® 907(wt%)
111を受けにくいという△△×
0.1 J/cm2
特徴があり、冒頭に記 硬化性評価○△ - ○×0.3 J/cm2
2
載 し た Ｕ Ｖ 硬 化 型 反 試験方法①○△ - ○×0.5 J/cm
1 パス
○
△
×
応 性 希 釈 剤 に 求 め ら 硬化性評価
3 パス
○
△
×
れる①速硬化性、②低 試験方法②5 パス○△
×
粘度、③低毒性、④硬 試験方法①：ウシオ電機（株）製UV照射装置 PM25C-100
250W超高圧水銀灯、膜厚=300 μm
化 時 に 酸 素 に よ る 阻 試験方法②：ｱｲｸﾞﾗﾌｨｯｸｽ（株）製UV照射装置 UB031-5BM(ｺﾝﾍﾞｱｰ式）
800W高圧水銀灯、光源距離=10 cm、膜厚=30 μm、害を受けない条件をスピード=14 m/分、1パスのエネルギー=124 mJ/cm2全て満たすＵＶ硬化
硬化性判定：指触による判定 ○=タックフリー、△=べたつく、×=未硬化性モノマーといえる。 Irgacure® 907 ：BASFｼﾞｬﾊﾟﾝ（株）（ﾋﾞｰｴｰｴｽｴﾌｿｼｴﾀｽ・ﾖｰﾛﾋﾟｱ社登録商標）