2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of Amino-Acid-Derived Biomass Plastics and Their Property Improvements through Fine Structure Control
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17K12836
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丸林 弘典 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (00723280)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ポリ(α-ヒドロキシ酸) / 高分子量体 / 立体規則性 / 側鎖 / 結晶性 / 融点 / 結晶構造 / 分子間相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭素数3～4の様々なアルキル側鎖を有する立体規則性ポリ(α-ヒドロキシ酸)（PAHA）のオリゴマーを直接重縮合により合成し、その結晶性を調査した。その結果、側鎖にイソプロピル基を有する立体規則性PAHA、P(L-iPr)に加えて、側鎖にsec-ブチル基を有する立体規則性PAHA、P(L-s-Bu)も結晶性を有することを見出した。これに対して、側鎖プロピル基、n-ブチル基のPAHAは、側鎖イソブチル基のものと同様に、結晶性を示さなかった。このように、側鎖構造がPAHAの結晶性に大きな影響を及ぼすことを見出した。
アミノ酸のL-イソロイシンを原料としてP(L-s-Bu)の高分子量体（数平均分子量7万）の合成に成功した。得られたP(L-s-Bu)は結晶性高分子であり、ポリ(L-乳酸)よりも高い融点（193 ℃）を示すことが分かった。
既に高分子量体の得られているP(L-iPr)については、次年度目標である構造解析に前倒しで取り組んだ。P(L-iPr)のβ晶の結晶構造解析を行い、確からしい格子定数と分子鎖コンホメーションを得た。現在、結晶構造決定に向けて、解析ソフトウェアの改良をしながら解析を続けている。さらに、赤外分光法によりP(L-iPr)の分子間相互作用について調べた結果、弱い水素結合の存在が示唆され、高融点の要因ではないかと予想された。時分割赤外分光測定のため、装置に取付け可能な加熱ステージを作製した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度に行う予定の1）立体規則性PAHAの合成, 2) 立体規則性PAHAの物性評価については、概ね順調に進行している。立体規則性ポリ(α-ヒドロキシ酸)（PAHA）の側鎖構造が結晶性、物性に大きな影響を及ぼすことを定量的に明らかにした。さらに、側鎖にイソプロピル基を有する立体規則性PAHA、P(L-iPr)に加えて、側鎖にsec-ブチル基を有する立体規則性PAHA、P(L-s-Bu)の高分子量体の合成にも成功した。
既に高分子量体の得られているP(L-iPr)については、次年度目標である3) 立体規則性PAHAの構造解析に前倒しで取り組んだ。その結果、最終構造の決定までは行かなかったが、確からしい格子定数と分子鎖コンホメーションが既に得られている。さらに、時分割赤外分光測定のため、装置に取付け可能な加熱ステージを作製し、目的の時分割昇温測定ができることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の予定通り、次年度計画を実行する。
まず、3) 立体規則性PAHAの構造解析では、P(L-iPr)のα晶及びβ晶の結晶構造の決定を行う。さらに、シンクロトロンX線を利用した時分割WAXD/SAXS同時測定も行い、結晶多形現象の包括的な理解を目指す。初年度に高分子量体を合成したP(L-s-Bu)については、平衡融点の評価、結晶構造の決定、球晶成長速度の測定を行う予定である。P(L-iPr)とP(L-s-Bu)の構造・物性の比較を行う。
次に、4) 立体規則性PAHAの構造制御による高性能化では、熱処理・延伸条件を中心に検討し、PAHAの潜在する物性を最大限に引き出すことを目標とする。尚、P(L-iPr)については、初年度に既にある程度条件検討をしてある。サンプルをグラムスケールで大量に合成できれば、紡糸にも挑戦したい。ステレオコンプレックス（ラセミ結晶）の形成条件も検討する予定である。
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| Causes of Carryover |
＜理由＞ 予想よりも消耗品費（合成器具、ガスボンベ、液体窒素、GPCガードカラムなど）が少なく済んだため。旅費についても当初の予定より少なく済んだ。これは、比較的旅費のかからない中国で国際学会が開催されたことや、学生実験など学内業務を考慮し国内学会への参加を予定より少なくしたためである。
＜使用計画＞ 結晶構造の解析用に、通常のものより高性能なPCもしくはワークステーションを購入したい。旅費については、次年度予定していたよりも多くの国際・国内学会に参加し、その参加費・旅費に充てたい。また、オープンアクセス論文の投稿料・掲載料にも充てたい。
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