2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative marine biodegradable polymer processing machine and technology for social implementation
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21H01689
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
大嶋 正裕 京都大学, 工学研究科, 教授 (60185254)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
引間 悠太 京都大学, 工学研究科, 助教 (50721362)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 海洋分解性ポリマー / 生分解性ポリマー / 高分子成形加工 / 加水分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
海洋分解性ポリマーであるポリ（3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシヘキサノエート）(PHBH）単体およびセルロースナノファイバー（CNF）との複合材料を対象にし、基礎物性の評価ならびに微細発泡体の作製に関する研究をまとめたものである。その主な成果は以下のとおりである。
１）PHBHの力学物性低下要因を明らかにするため，溶融成形条件による分子量，力学物性や結晶形態の変化について詳細に調べた．成形温度や成形時間による分子量変化を解析し，熱分解反応をモデル化した．力学試験結果より，成形時間が長くなると分子量が低下し，どの成形温度でも引張強度が低下することを明らかにした．また，同程度の分子量の成形体を比較すると，170℃以上で成形した成形体の球晶の大きさは，170℃未満で成形したものに比べて著しく大きく，引張強度は低かった．これらの結果から，PHBHの力学物性低下は，球晶の粗大化と分子量の減少に起因することが明らかとなった．２）微生物が分泌した酵素によるPHBHの加水分解速度を光学密度の測定により定量化し，酵素の表面吸着を考慮した分解反応モデルを提案した．また水熱処理によるPHBHの加水分解速度を分子量測定により評価し，数平均分子量・重量平分子量の経時変化を予測できるモデルをも構築した．３）CNFを添加すると樹脂は粘弾性はゴム的な挙動を示すことを明らかにした。また、熱分解による分子量低下でおこるPHBHの粘度低下をCNFの添加により補う（低下させない）ことができることを明らかにした。４）射出成形機での樹脂の溶融温度を150～180℃の間に設定し、コアバック時間を適切に選ぶことにより、メルトメモリー効果の活用あるいはCNFの添加により、気泡径が25μmのマイクロセルラーが創製できることを示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究実績において報告したように、海洋分解性樹脂であるpoly(3-hydroxy butyrate-co-3-hydroxyhexanoate)(PHBH)の基礎物性について、メルトメモリー効果など、多くの興味深い結果を得ることができた。また、初年度では装置の導入が遅れたために、高圧水中下での樹脂の加水分解挙動の実験の遅れを、本年度は取り戻すことができている。さらには、当初予定になかった酵素によるPHBHの分解反応の実験をも実施することができ、計画以上に進展しているといえる。また、近赤外プローブの耐熱耐圧性をより向上させることができ、最終年に、PHBHの実装置中での分解挙動を観察実験を実施可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
耐熱耐圧性の高い近赤外プローブを使ってPHBHの実装置中での分解挙動をインラインで観察する実験を行う。そのうえで、PHBH/CNFのナノコンポジットの発泡射出成形実験を実施し、実成形におけるCNFの効果・PHBHの分解挙動を評価する。さらに、PHBH/CNF系の物性の評価実験ならびに発泡射出実験を実施し、CNFの物性に与える効能や成形性について評価する。
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