2013 Fiscal Year Research-status Report
ナノセルロース分散高性能バイオポリオールの創製と機能性ポリウレタン発泡体への応用
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25340123
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉岡 まり子 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 講師 (30220594)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | バイオマス / ポリオール / グリセリン / 液化 / アルキレンオキシド / 酸触媒 / 無触媒 / セルロースナノファイバー |
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| Research Abstract |
低炭素社会、循環型社会の構築のため求められているバイオマスの有効利用手法の一つを実現することを目的として、平成25年の研究実施計画にかかげた三項目の検討を行った。当初計画を超えた進展状況にある。植物由来の媒体であるグリセリン或いはグリセリンへのエチレンオキシド（代表的アルキレンオキシドの一つ）付加重合物でバイオマスを液状化し、100%或いは高い値の植物由来のポリオールとする手法を①酸触媒種、反応温度などを変えて行ったり、②無触媒での調製法を新規開発したりといった形で検討した。①の場合、特に酸触媒種選択の効果に関し知見が得られ、p-トルエンスルホン酸 (PTSA)触媒の場合は，硫酸触媒の場合よりも低温度、短時間で低い残渣率とグリセリン残存率が達成され、加溶媒分解を良好に進行させ得た。脱水や炭化反応サブ機構を有する硫酸に比べ，それらを免れるPTSAが液化触媒としてより効果的に働くことを示している。液化後の中和塩の濾別などによる除去に関してはリン酸触媒を用いることが推奨されたが、PTSA触媒を用いる場合はこの点に関しては不利であった。次年度以降にスルホン酸を活性基とする固体酸触媒の使用を検討することとした。この点は当初計画にない実験により見いだされた方向性である。上記②に関して、液化反応における酸触媒の役割は、セルロースやデンプンのグリコシド結合を開裂し、低分子化する点にあることに鑑み、バイオマスリファイナリーで得られる単糖、オリゴ糖をグリセリン或いはグリセリンへのエチレンオキシド付加重合物で無触媒で液状化する手法を検討し、特許出願につながる知見を得た。他方、当初計画事項(3)に基づいて、ポリウレタン発泡体強化用として適切なセルロースナノファイバーの調製を検討し、新知見を得た。特許文書の作成を予定している。
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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
バイオマスのグリセリン液化物へのプロピレンオキシド付加、エチレンオキシド付加グリセリンへのバイオマス液化物、もしくはそのプロピレンオキシド付加物の調製は大学の研究室において基礎的に、加えて、専門企業の協力を得てより精密に行うことができてきている。得られたバイオポリオールについて、一部ではあるが、それらを原料とするポリウレタン発泡体の特性についても発泡性能や圧縮特性、動的粘弾性特性等を通して評価できた。一連の検討に関して昨年12月に特許を出願するまでの成果を得た。以上のように高い達成度に到達したのは、申請者らのこれまでの研究の積み重ねにより、その推進力が有意なレベルにまで向上してきていること、および産学連携による効果が相乗的に作用したためと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
中和塩をポリオールから取り除く必要がないように、固体酸触媒を用いたバイオマス液化を試みる。数種類の固体酸触媒を試し、より適切な触媒を絞り込む。中和塩を含まないバイオポリオールとそれを含むバイオポリオールの特性、それらを原料とするポリウレタン発泡体の特性をそれぞれ評価し比較検討する。また平成26及び27年度の実験計画で計画されている事項についても、ほぼ計画通り検討を進める。
セルロースへの化学修飾の最適化により発泡体中により高度にナノ分散したセルロースナノファイバー補強ポリウレタン発泡体を調製し、機械的強度や動的粘弾性に加えて、TGA(熱重量分析）等による耐熱性の評価やX線CTによる発泡体のセル構造の評価(独立気泡性や連通性）も行う。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
備品として購入した高速攪拌機が予定していたメーカーとは異なるメーカーから予想外に安価に購入できたため。加えて、その部品として本来なら新たに購入する必要のあるはずであった攪拌羽について、既存の物品の流用が可能であったため、さらに予算を使わないで済んだため。
次年度は基礎的な研究として必要であるが高価な液クロのカラム、固体酸触媒の購入や発泡体の調製の際、頻繁に必要となるマイクロピペッターのチップ、TGAの白金パン等、加えてセルロースナノファイバーの化学修飾剤等で、かなり値の張る消耗品が多く必要となる予定でそれらの購入に対する使用を計画している。
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