同等の耐衝撃性を実現―NEDOプロジェクトにおいて、日立造船(株)を主体とする産学連携グループは、非可食性バイオマスである杜仲(トチュウ)が作り出すバイオトランスポリイソプレンと汎用性バイオポリマー(ポリ乳酸)を微細かつ均一に混合することで、高機能なバイオ複合材料の開発に成功しました。今回開発したバイオ複合材料は、バイオトランスポリイソプレンを10~30%複合した動的架橋により、従来脆性が弱点であった市販ポリ乳酸に比べ、耐衝撃性を約16~25倍と改質し、石油化学製品と同等の耐衝撃性を実現しました(図1)。引張特性の一つである伸びについても約9~30倍と大幅に機能改質しました。図1.バイオトランスポリイソプレンを複合したポリ乳酸の特性1.概要NEDOと日立造船(株)、大阪大学等の産学連携グループは、非可食性バイオマスから最終化学品までの一貫製造プロセスを構築し、石油から非可食性バイオマス由来の原料への転換を図るためのプロジェクト※1を推進しています。今回開発ターゲットにしたポリ乳酸は、バイオマス由来の汎用性ポリマーとして、各分野に活用されていますが、機械的特性の脆性改質が課題となっています。これまで化学品等を加える改質方法が検討されてきましたが、実用的にバイオマス由来化学品で脆性を改質できたものは存在しませんでした。このたび、動的架橋技術によりポリ乳酸におけるバイオトランスポリイソプレン※2の分散性を改善し、ポリ乳酸の弱点である機械的特性の脆性を大幅に改善することに成功しました。ポリ乳酸に木本植物の杜仲(トチュウ)※3が作り出すバイオトランスポリイソプレンを10~30%の割合で動的架橋したバイオ複合材料は、ポリ乳酸の耐衝撃性を約16~25倍に増強しました。材料の延性の指標である伸びについても、約9~30倍と大幅な機能改質を達成しました(図1)。このことにより、バイオトランスポリイソプレンはポリ乳酸の耐衝撃性と延性を著しく改質して向上させる添加剤としての機能を有することが判明しました。今後も、非可食性バイオマスであるバイオトランスポリイソプレンの特徴的な機能を活かした付加価値の高い用途開発に取り組んで参ります。NEDOブースにおいて展示します。産学連携グループでは、ポリ乳酸の弱点である脆性を改善するため、高分子量かつ硬質な特徴を持つバイオトランスポリイソプレンとの複合化に取り組んできました(図2)。このたび、バイオポリイソプレンの分散性を向上した動的架橋法を用いることにより、2つの材料の単純ブレンドに比べて、耐衝撃性と延性が大幅に改善することができました。今回の動的架橋法にはリアクティブプロセッシング技術※4を採用しました。この手法は、混練装置内に架橋剤を少量添加し、ポリ乳酸へのバイオトランスポリイソプレンの分散性を改善させ微分散化させることにより、ポリ乳酸の脆性改善に寄与したと考察されます(図3)。この手法での動的架橋技術は、実生産に向けたスケールアップを比較的容易に達成することが可能です。引張特性の評価結果(図1)として、耐衝撃性については、ポリ乳酸にバイオトランスポリイソプレンを10%添加した場合、ポリ乳酸単体に比べて約16倍に向上しました。これは市販されている耐衝撃性ポリ乳酸の約10倍に相当します。30%添加の場合には、耐衝撃性が約25倍まで向上し、バイオトランスポリイソプレン単体を超え、耐衝撃性素材であるABS樹脂※5下位品と同等の性能を示します。延性に関しても、バイオトランスポリイソプレンを10%添加した場合、ポリ乳酸単体に比べて、伸びが約30倍に向上し、脆性の改善に大きく寄与しています。バイオトランスポリイソプレン(トランス型1.4ポリイソプレン)バイオトランスポリイソプレンは植物が体内で合成する高分子化合物で、木本植物のトチュウは大気中のCO2を取り込んで生成します。トチュウ由来のトランスポリイソプレンは天然ゴムの主成分のシスポリイソプレンとよく似た化合物ですが、分子の立体構造の違いから硬質な化合物となっています(シスポリイソプレンは柔軟性を示します)。杜仲(トチュウ)トチュウは地球上の栽培可能面積が最も広い温帯域で栽培が可能であり、植物体の全体にバイオトランスポリイソプレンが含まれています。100年程前に日本の植物学者の父と言われる牧野富太郎博士らにより硬質ゴムを含むバイオマスと紹介されています。混練装置内部での化学反応を利用する技術。ABS樹脂アクリロニトリル、ブタジエン、スチレン共重合合成樹脂の総称。げ疲労性など機械的特性のバランスに優れた樹脂。家電から自動車内装部品など、さまざまな用途で使用されている。