Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

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。

生分解性高分子 / ポリヒドロキシブチレート / ポリ乳酸 / セルロースエステル / 分子鎖構造 / 結晶構造 / 物性 / 酵素分解性 / 生分解性 / 繊維 / 高強度化 / 高次構造 / 延伸 / 分解酵素

生分解性脂肪族ポリエステルであるポリ[(R)-3-ヒドロキシブチレート](P(3HB))と天然高分子誘導体であるセルロースエステル(CE)との一軸延伸ブレンドフィルムを作製したところ、これまでにない特異な分子鎖配向挙動を示すことを見出した。X線回折及びFT-IR分析により、CE分子鎖は延伸方向に平行に配列し、P(3HB)分子鎖はCE分子鎖間において延伸方向に対して垂直に配列していることが分かった。
P(3HB)のエレクトロスピニングにより、直径100nm程度のナノファイバーを作製することに成功した。電子線回折及びX線回折より、ナノファイバーには2回らせん構造と平面ジグザグ構造の2種類の分子鎖構造が存在することが分かった。酵素分解実験を行ったところ、平面ジグザグ構造の方が、2回らせん構造より速く分解されることが分かった。
立体規則性の異なる2種類のポリ乳酸、ポリ(L-乳酸)(PLLA)とポリ(D-乳酸)(PDLA)、を用いて、ステレオコンプレックスフィルムを作製し、その構造及び物性の測定を行った。ソルベントキャストフィルムおよび一軸延伸フィルムにおいては、ステレオコンプレックス結晶とホモポリマー結晶の2種類が観察された。しかし、低倍率の延伸フィルムを熱処理することにより、完全にステレオコンプレックス結晶のみで構成されるフィルムを作製できることが分かった。しかし、破壊強度はホモポリマー結晶とステレオコンプレックス結晶が混在している方が、ステレオコンプレックス結晶のみより強いことが分かった。

【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)