Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

バイオマスプラスチック / グルカル酸 / フェルラ酸 / 微生物産生ポリエステル / 物性 / 繊維 / 構造解析 / バイオベースプラスチック / 高分子多糖類 / フィルム / 生分解性プラスチック / 高分子材料 / 高分子構造 / 成型加工 / 酵素分解性 / 材料物性 / グリーンケミストリー / バイオベースポリマー / プルラン / キチン / キトサン / アルギン酸 / セルロース / エステル誘導体 / グルカル酸アセテート / ポリエステル / ポリアミド / バイオリファイナリー

本研究では、非可食系バイオマスから新規で高性能なバイオマスプラスチックの合成と基礎物性評価を目的とした。木材抽出成分のキシランからポリ乳酸ステレオコンプレックス用の結晶核剤の開発に成功した。バイオマスベース基幹物質の一つであるグルカル酸を出発原料として、結晶性を有するグルカル酸エステルとグルカル酸アミドの合成に成功した。さらに、米ぬかから抽出されるフェルラ酸から2種類の共重合体の合成にも成功した。一方、微生物により生合成された超高分子量バイオポリエステルを、低分子量バイオポリエステルに少量混ぜることで、高強度繊維が作製できることを見出すとともに、その構造を大型放射光のＸ線回折により解明した。

高分子複合材料 / 生分解性プラスチック / ポリマーブレンド / ポリエステル / ポリ(3-ヒドロキシ酪酸) / ポリ(ビニルアルコール) / ポリビニルアルコール

微生物由来のポリ(3-ヒドロキシ酪酸)は生分解性,生体適合性などを持つ熱可塑性ポリエステルであるが,高結晶性で堅くて脆いために実用化されてはいない。本研究では,微生物由来のポリエステルを主成分とし,これと同種または異種の副成分高分子材料を組み合わせることにより,力学的強度,成型性などの性質の優れた生分解性高分子複合材料を開発することを目的として基礎的研究を行った。平成7年度は副成分高分子材料として立体規則性が異なる3種のポリ(ビニルアルコール)とポリ(3-ヒドロキシ酪酸)からなる高分子複合材料を調製し,各成分高分子の混合状態,熱的性質,結晶性などを固体高分解能^<13>CNMR,示差走査熱量計,フーリエ変換赤外分光器などを使用して評価した。複合材料の形態と物性はポリ(ビニルアルコール)の立体規則性に強く依存し,シンジオタクチック-ポリ(ビニルアルコール)とポリ(3-ヒドロキシ酪酸)は部分相溶ブレンドとなり、柔らかな透明フィルムを形成することがわかった。
平成8年度には,微生物由来の同種の複数のポリエステルの組み合わせから成る複合材料を調製し、構造、形態及び物性を評価した。ポリエステルとして微生物由来のポリ(3-ヒドロキシ酪酸),共重合ポリエステルである3-ヒドロキシ酪酸/3-ヒドロキシ吉草酸共重合体及び最近微生物による合成が可能となった3-ヒドロキシ酪酸/3-ヒドロキシプロピオン酸共重合体を取り上げた。組成分別と構造解析の結果,両共重合体試料は微生物合成の段階で単量体組成が異なる複数の共重合体のブレンドとなっており,成分共重合体の連鎖構造と混合組成に依存して物性と結晶・非晶形態が大幅に変化することがわかった。共重合体の単量体単位組成とブレンド組成を調節することにより多様な物性を持つ生分解性高分子複合材料が得られることを明らかにした。

固体高分解能NMR / 生分解性プラスチック / 共重合体 / 高分子結晶 / ポリエステル / 固体NMR

或る種の微生物が産生するポリエステルは生分解性・加水分解性を示すので注目されている。このようなポリエステルの代表例は3-ヒドロキシ酪酸-3-ヒドロキシ吉草酸共重合体(PHB-HV)などの結晶性共重合体である。これら共重合体の生分解性を含む物性は単量体組成に強く依存するので単量体組成の決定は重要である。
平成6年度の研究では,水素細菌Alcaligenes eutrophusを使用して発酵合成した数種類のPHB-HV(3-ヒドロキシ吉草酸組成0〜約25%)について,単量体組成と熱的性質および結晶化挙動を検討し,さらにクロロホルム/n-ヘプタン混合溶媒による分別から組成分布を検討し,本試料は大きな組成分布を持つことを明らかにした。
平成7年度の研究では,組成分別した分布の狭いPHB-HVについて示差走査熱量計にて熱的性質を,偏光顕微鏡により結晶化挙動を観察した。その結果,結晶化挙動と結晶融解挙動は組成分別前と後では著しく異なり,分別前の共重合体試料では3-ヒドロキシ酪酸組成の高い成分が優先的に結晶化するが両単量体単位を含む共結晶も生成すること,未分別試料の性質はその平均単量体組成を反映した性質になるとは必ずしも限らないことなどを明らかにした。さらにAlcaligenes eutrophusにより発酵合成した数種類の3-ヒドロキシ酪酸-3-ヒドロキシプロピオン酸共重合体についても結晶化挙動,熱的性質を調べたほか,固体高分解能^<13>C-磁気緩和時間の測定により分子運動性を評価した。その結果,この共重合体の結晶化挙動および熱的性質は単量体組成に依存して大きく変化すること,3-ヒドロキシ酪酸組成の高い共重合体では3-ヒドロキシ酪酸単位のみが結晶化し,3-ヒドロキシ酪酸-3-ヒドロキシ吉草酸共重合体で認められたような共結晶化は起こらないことなどを明らかにした。

【研究分担者】
中島将博	東京理科大学	理工学部応用生物科学科	講師	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
網屋繁俊	物性研究所	所長(研究職/">(Kakenデータベース)
吉江尚子	東京工業大学	生命理工学部	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
吉江尚子	東京工業大学	生命理工学部	助手	(Kakenデータベース)
櫻井実	東京工業大学	生命理工学部	助教授	(Kakenデータベース)