Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

ジバニリン酸 / バイオマスプラスチック / ポリエステル / ポリアミド / ポリケトン / フィルム / リグニン / バイオプラスチック / 高耐熱性 / スーパーエンジニアリングプラスチック / バニリン / 高耐熱性高強度 / エンジニアリングプラスチック

石油資源枯渇への懸念や温室効果ガスによる温暖化、プラスチックによる環境汚染などの環境問題が社会的な課題となっている。植物などのバイオマス資源を原料としたバイオプラスチックや環境中で微生物により分解を受ける生分解性プラスチックなどのバイオプラスチックがその解決策の一つとして注目されている。バイオプラスチックは未だ種類が少なく、石油由来のプラスチックと比べて物性の改善が必要などの課題が残っており、高い耐熱性や力学特性を有する新たなバイオプラスチック材料の開発が求められている。プラスチックに高耐熱性や高物性を付与するためには剛直な構造を有する芳香族化合物をモノマー単位とすることが有効である。本研究では、木質由来のリグニンの廃棄物などから得られるバイオマス芳香族化合物であるバニリン酸を原料に用いた新規芳香族バイオマスプラスチックの開発を目的とした。昨年度はバニリン酸の二量体であるジバニリン酸由来のポリエステルやポリアミドの合成と、そのフィルム化や物性の制御に成功している。本年度は、ジバニリン酸と様々なモノマーを組み合わせたコポリエステルやコポリアミドの合成を行い、さらなる高耐熱性と成形性を両立するポリマー材料の開発を試みた。コポリマー化により成形性の向上や多様な物性の発現に成功しており、さらなる詳細な検討を行う予定である。また、新たな高耐熱性ポリマーとしてポリケトンの合成にも成功し、得られたポリマーがガラス転移点が最大300℃を有する高耐熱性を有することも見出した。

生分解性プラスチック / 分解開始スイッチ機能 / 生分解速度制御 / 繊維 / BOD生分解試験 / バイオマスプラスチック / フィルム / 微生物産生ポリエステル / 生分解性脂肪族ポリエステル / 酵素内包 / 自己分解 / ポリカプロラクトン / リパーゼ / 溶融混錬 / 酵素分解性 / 生分解性開始機能 / 生分解性速度制御 / 構造解析 / ポリ乳酸 / 高分子多糖類 / 生分解性制御 / 高性能部材

現在、非生分解プラスチックによるごみ問題が解決すべき課題として取り上げられている。生分解性プラスチックは解決策の一つとして取り上げられているが、耐熱性や強度などの物性に乏しいことから真の実用化には至っていない。また、使っているときは分解せず、使用後、環境中に流出したら分解が始まる生分解開始機能の付与や、目的の速度で分解する生分解速度制御技術の開発が望まれている。
本年度は、微生物が糖や植物油から生合成する生分解性ポリエステルの一つであるポリヒドロキシアルカノエート（PHA）を用いて、高強度・高伸縮性繊維の開発を行うとともに、その生分解性の評価を行った。さらに、生分解開始機能として、生分解性脂肪族ポリエステルであるポリブチレンサクシネート（PBS）やポリブチレンサクシネートアジペート（PBSA）にリパーゼを内包させ、その生分解性について検討を行った。
PHAを融点以下の温度で溶融紡糸を行ったのち、室温で延伸することにより高強度・伸縮性繊維の開発に成功した。播磨SPring-8の放射光を用いて、繊維の伸縮過程をリアルタイムで測定することにより、高強度と伸縮性は分子鎖がランダムコイル構造から平面ジグザグ構造に変化することにより発現することを明らかにした。さらに、東京湾の海水を用いて、これらの繊維の分解試験を行ったところ、延伸前の繊維より延伸後の繊維の方が分解が速いことがわかった。さらに、繊維表面には桿菌と球菌の両方が集積していることもわかった。
PBSやPBSAにリパーゼを内包させたフィルムを作製した。このフィルムを小さく切った後、バッファーに浸漬したところ、PBSはほとんど分解しなかったが、PBSAは24時間で十分分解することがわかった。今後は、親善環境水（河川水、池水、海水）を用いて分解が生じるかどうかを検討中である。

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。

バイオベースプラスチック / 生分解性プラスチック / フィルム / 繊維 / 酵素分解性 / キシラン / ポリ乳酸 / 微生物産生ポリエステル / バイオマス / ヘミセルロース / 天然多糖類 / プラスチック / 機械的物性 / 生分解性 / バイオマスプラスチック / 多糖類 / エステル誘導体 / キシラン誘導体 / 結晶核剤 / 大型放射光 / バイオベース高分子 / 生分解性高分子 / ナノファイバー / 化学修飾 / 球晶観察

本研究では、非可食系バイオマスから新規なバイオベースプラスチックの合成と環境中で分解する生分解性プラスチックの高性能化を目的とした。木材から抽出されるヘミセルロースの一つであるキシランをエステル化することによりプラスチック材料化に成功した。さらに、キシランエステルが生分解性ポリエステルであるポリ乳酸に対し、非常に優れた結晶核剤効果を示すことを見出した。一方、生合成した超高分子量バイオポリエステルを用いて、高強度フィルムや繊維の作製に成功すると共に、分子鎖構造と結晶構造を大型放射光のＸ線回折により解析を行った。さらに、酵素分解性速度が結晶化度や分子鎖構造により制御できることを見出した。

【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)