2014 Fiscal Year Research-status Report

含複素環型バイオマスプラスチックの創製と極限材料物性評価に基づく高性能化

Research Project

Project/Area Number	26740040
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	丸林弘典東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (00723280)
Project Period (FY)	2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords	バイオマスプラスチック / バイオベースポリマー / 結晶性高分子 / 複素環式化合物 / イソソルビド / 2,5-フランジカルボン酸 / シンクロトロンX線 / 極限材料物性
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、環状構造を有するバイオマス由来物質から新規高性能プラスチック材料を創製することを目的とする。化学構造から固体構造まで一気通貫に制御し、構造学的見地から新規バイオベースポリマーの高性能化を目指す。 1．初年度はまず、環状構造を有するバイオマス由来物質から、環状構造を主鎖に有する高分子を合成するための条件検討を行った。イソソルビド（IS）及びイソマンニド（IM）を原料としたポリエステル（ポリエステル①）については、目標としていた重量平均分子量5万を超える高分子量体の合成に成功し、自立フィルムを得ることができた。一方、2,5-フランジカルボン酸由来ポリエステル（ポリエステル②）については、当初の目標を若干下回るものの、重量平均分子量2～4万のポリマーを得ることができた。 2．得られた各種ポリエステルについて、熱物性の評価を精力的に行った。ポリエステル①では、アルキル鎖長により結晶性や融点が大きく変化するのに加えて、ジオール種（IS/IM）により結晶化速度が変わることが分かった。ポリエステル②の場合、融点や結晶化速度がアルキル鎖炭素数の偶奇に強く依存することが示唆された。ポリエステル①及び②において、200 ℃前後の融点を有する高耐熱性ポリマーを得ることができた。 3．ポリエステル①の構造解析の結果、結晶構造・高次構造・モルフォロジー、そして結晶化度がアルキル鎖の長さの影響を強く受けることが分かった。さらに、ジオール種により主鎖の充填様式や結晶ラメラのねじれに明確な違いが見られた。ポリエステル②はいずれも球晶構造をとらず、微結晶がランダムに分散した特異的なモルフォロジーを形成することが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 1．イソソルビド及びイソマンニドを原料としたポリエステル（ポリエステル①）については、重量平均分子量5万を超える高分子量体の合成及び自立フィルムの作製に成功し、当初の予定通りである。一方、2,5-フランジカルボン酸由来ポリエステル（ポリエステル②）についてはまだ十分な分子量ではないが、重量平均分子量2～4万のポリマーは得られており、目標達成は間近である。 2．得られたポリマーについて熱物性の評価を精力的に行い、多くの情報を得ることができた。加えて、次年度に予定していた項目の一つである「平衡融点と完全結晶熱量の決定」に既に着手しており、一部のポリマーについて信頼性の高いデータを得ることに成功している。なお、力学物性等その他物性の評価はまだ行っていない。 3．マイクロメートルレベルのモルフォロジーの観察は予定通り進んでいる。シンクロトロン小角X線散乱測定による高次構造解析は、ポリエステル①の場合ほぼ予定通り進んでいるが、ポリエステル②についてはまだ検討できていない。広角X線回折測定により結晶面間隔や結晶化度の定量的評価を順調に行うことができている。詳細な結晶構造の決定には至っていないが、ポリエステル①については結晶構造解析に用いる一軸配向フィルムの作製に着手した。これより、次年度に予定している「固体構造制御と高性能化」に円滑に移行できると期待される。以上より、全体的に見ておおむね順調に研究を進めることができていると判断した。
Strategy for Future Research Activity	初年度に達成できていない2,5-フランジカルボン酸由来ポリエステルの高分子量化にまず取り組む。重合時間を長くすることで、比較的容易に達成可能であると予想される。また、熱物性以外の物性として、力学物性の評価に取り組む。これら初年度の残りの課題と並行して、当初の予定通り「①極限材料物性の実験的・解析的評価」、「②固体構造制御と高性能化」を進めて行く。①については一部のポリマーではあるが初年度に既に着手できており、比較的迅速に進めることができると予想される。初年度に完了していない結晶構造解析については、②で作製する一軸配向（延伸）フィルムをX線回折測定に用いることで、効率的に進めることができると期待される。この時、申請者が開発した高分子結晶構造解析用ソフトウェアを活用することで、迅速な解析が行えると期待される。これらに加えて、当初予定していなかったが、②を行う上で必要な情報として、結晶化速度の評価も行いたいと考えている。
Causes of Carryover	・試料の熱処理用の恒温乾燥機を当初予定より安く購入できたため。・研究の進捗状況と照らし合わせて、小型熱プレス機の購入を次年度に延期したため。
Expenditure Plan for Carryover Budget	Pacifichem 2015 (Honolulu, Hawaii, USA 12/15-12/20, 2015)のTopic Area: Macromolecular-"New Frontiers in Polymer Crystallization" (Corresponding Symposium Organizers: Wenbing Hu, Christopher Li, Akihiko Toda) で招待講演を依頼されたため、その参加登録費及び旅費に充てたい。さらに予算に余裕があれば、重合条件の検討により不足すると見込まれる高価な試薬（2,5-フランジカルボン酸）を追加で購入したい。