Elucidation of low-temperature flow of biodegradable block copolymers under pressure

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05633
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 35020:Polymer materials-related
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology (2022); Kyushu University (2020-2021)
• Principal Investigator: Taniguchi Ikuo 京都工芸繊維大学, 繊維学系, 教授 (30314305)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 圧力可塑性高分子 / 相転移 / ブロック共重合体 / 生分解性高分子

Outline of Final Research Achievements

Degradable block copolymers composed of a low-Tg and a high-Tg polymer block, such as poly(e-caprolactone) derivatives and polylactide, often show low-temperature formability through the application of pressure. The mechanism can be explained by a pressure-induced phase transition from ordered or solid state to disordered or melt/solid state. In this research, effect of chemical structure on the phase transition was studied. The Compressible Regular Solution model has been used to predict the polymer pairs. However, the model can not distinguish the polymer system with the same composition formula, and the flow temperature and required pressure have varied. Through this study, it was found that free volume and reduced density can be the other important factors to determine the phase transition.

Free Research Field

高分子材料化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で得られた知見は、低温成形可能な生分解性プラスチックの創成に資するものである。このような高分子材料はこれまでに無く、低温成形可能であるため、成形加工時のエネルギー消費を低減することができる。つまり、CO2排出削減に繋がる。また、通常の溶融成形と比較して、成形時の高分子鎖の熱分解を著しく抑制できるため、リサイクル性が向上する。あるいは、化石資源の保護に繋がる。
本研究では、種々の低温成形可能な生分解性ブロック共重合体を合成し、その低温成形性や力学物性がチューニングできることを示した。そして、今までに無い環境低負荷高分子材料として今後の応用が期待されている。