生分解性高分子の高強度化と生分解性に及ぼす分子鎖構造および高次構造の解明

• Project/Area Number: 15685009
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Environmental chemistry
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 岩田 忠久 独立行政法人理化学研究所, 高分子化学研究室, 副主任研究員 (30281661)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥29,770,000 (Direct Cost: ¥22,900,000、Indirect Cost: ¥6,870,000); Fiscal Year 2005: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2004: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2003: ¥15,860,000 (Direct Cost: ¥12,200,000、Indirect Cost: ¥3,660,000)
• Keywords: 生分解性高分子 / ポリヒドロキシブチレート / ポリ乳酸 / セルロースエステル / 分子鎖構造 / 結晶構造 / 物性 / 酵素分解性 / 生分解性 / 繊維 / 高強度化 / 高次構造 / 延伸 / 分解酵素

Research Abstract

生分解性脂肪族ポリエステルであるポリ[(R)-3-ヒドロキシブチレート](P(3HB))と天然高分子誘導体であるセルロースエステル(CE)との一軸延伸ブレンドフィルムを作製したところ、これまでにない特異な分子鎖配向挙動を示すことを見出した。X線回折及びFT-IR分析により、CE分子鎖は延伸方向に平行に配列し、P(3HB)分子鎖はCE分子鎖間において延伸方向に対して垂直に配列していることが分かった。
P(3HB)のエレクトロスピニングにより、直径100nm程度のナノファイバーを作製することに成功した。電子線回折及びX線回折より、ナノファイバーには2回らせん構造と平面ジグザグ構造の2種類の分子鎖構造が存在することが分かった。酵素分解実験を行ったところ、平面ジグザグ構造の方が、2回らせん構造より速く分解されることが分かった。
立体規則性の異なる2種類のポリ乳酸、ポリ(L-乳酸)(PLLA)とポリ(D-乳酸)(PDLA)、を用いて、ステレオコンプレックスフィルムを作製し、その構造及び物性の測定を行った。ソルベントキャストフィルムおよび一軸延伸フィルムにおいては、ステレオコンプレックス結晶とホモポリマー結晶の2種類が観察された。しかし、低倍率の延伸フィルムを熱処理することにより、完全にステレオコンプレックス結晶のみで構成されるフィルムを作製できることが分かった。しかし、破壊強度はホモポリマー結晶とステレオコンプレックス結晶が混在している方が、ステレオコンプレックス結晶のみより強いことが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Unique crystalline orientation of poly[(R)-3-hydroxybutyrate]/ Cellulose propionate blends under uniaxial drawing (2005)
  • Author(s): Jun Wuk Park, Yoshiharu Doi, Tadahisa Iwata
  • Journal Title: Macromolecules 38 Pages: 2345-2354
• [Journal Article] Time-resolved X-ray diffraction study on poly([R]-3-hydroxybutyrate) films during two-step-drawing : Generation mechanism of planar zigzag conformation (2005)
  • Author(s): Tadahisa Iwata, Masahiro Fujita, Yoshihiro Aoyagi, Yoshiharu Doi, Tetsuro Fujisawa
  • Journal Title: Biomacromolecules 6 Pages: 1803-1809
• [Journal Article] Mechanical properties of uniaxially cold-drawn films of poly[(R)-3-hydroxybutyrate] and its copolymers (2005)
  • Author(s): Tadahisa Iwata, Yoshiharu Doi
  • Journal Title: Macromolecular Symposia 224 Pages: 11-19
• [Journal Article] Structure investigation of narrow banded spherulites in polyhydroxyalkanoates by micro-beam X-ray diffraction with synchrotron radiation (2005)
  • Author(s): Toshihisa Tanaka, Masahiro Fujita, Akihisa Takeuchi, Yoshio Suzuki, Kentaro Uesugi, Yoshiharu Doi, Tadahisa Iwata
  • Journal Title: Polymer 46 Pages: 5673-5679
• [Journal Article] Feature Article : Strong fibers and films of microbial polyesters (2005)
  • Author(s): Tadahisa Iwata
  • Journal Title: Macromolecular Bioscience 5 Pages: 689-701
• [Journal Article] Uniaxial drawing of poly[(R)-3-hydroxybutyrate]/cellulose acetate butyrate and their orientation behavior (2005)
  • Author(s): Jun Wuk Park, Toshihisa Tanaka, Yoshiharu Doi, Tadahisa Iwata
  • Journal Title: Macromolecular Bioscience 5 Pages: 840-852
• [Journal Article] Mechanical properties and enzymatic degradation of poly([R]-3-hydroxybutyrate-co-[R]-3-hydroxyhexanoate) uniaxially cold-drawn films (2004)
  • Author(s): J.J.Fischer, Y.Aoyagi, M.Enoki, Y.Doi, T.Iwata
  • Journal Title: Polymer Degradation and Stability 83 Pages: 453-460
• [Journal Article] Crystal structure, thermal behavior and enzymatic degradation of poly(tetramethylene adipate) solution-grown chain-folded lamellar crystals (2004)
  • Author(s): T.Iwata, S.Kobayashi, K.Tabata, N.Yonezawa, Y.Doi
  • Journal Title: Macromolecular Bioscience 4 Pages: 296-307
• [Journal Article] Processing of a strong biodegradable poly[(R)-3-hydroxybutyrate] fiber and a new fiber structure revealed by micro-beam X-ray diffraction with synchrotron radiation (2004)
  • Author(s): T.Iwata, Y.Aoyagi, M.Fujita, H.Yamane, Y.Doi, Y.Suzuki, A.Takeuchi, K.Uesugi
  • Journal Title: Macromoleculer Rapid Communications 25 Pages: 1100-1104
• [Journal Article] Uniaxial drawing and mechanical properties of poly[(R)-3-hydroxybutyrate]/poly(L-lactic acid) blends (2004)
  • Author(s): J.W.Park, T.Iwata, Y.Doi
  • Journal Title: Biomacromolecules 5 Pages: 1557-1566
• [Journal Article] Crystal structure and morphology of poly(11-undecalactone) solution-grown single crystals (2004)
  • Author(s): E.Kim, H.Uyama, Y.Doi, C.S.Ha, T.Iwata
  • Journal Title: Macromolecules 37 Pages: 7258-7264
• [Journal Article] 微生物産生生分解性生脂肪族ポリエステルの高強度繊維化条件の検討 (2004)
  • Author(s): 田中稔久, 青柳佳宏, 土肥義治, 岩田忠久
  • Journal Title: 繊維学会誌 60 Pages: 309-315
• [Book] グリーンプラスチック材料技術と動向 (2005)
  • Author(s): 田口精一, 岩田忠久
  • Total Pages: 229
  • Publisher: CMC出版
• [Publications] T.Iwata, K.Tsunoda, Y.Aoyagi, S.Kusaka, N.Yonezawa, Y.Doi: "Mechanical properties of uniaxially cold-drawn films of poly([R]-3-hydroxybutyrate)"Polymer Degradation and Stability. 79. 217-224 (2003)
• [Publications] 岩田 忠久: "微生物産生脂肪族ポリエステルの高性能化、高次構造および生分解性"高分子論文集. 60(8). 377-390 (2003)
• [Publications] T.Hisano, T.Tsuge, T.Fukui, T.Iwata, K.Miki, Y.Doi: "Crystal structure of the (R)-specific enoyl-CoA hydrorase from Aeromonas caviae involved in polyhydroxyalkanoate biosynthesis"The Journal of Biological Chemistry. 278. 617-624 (2003)
• [Publications] M.Enoki, Y.Doi, T.Iwata: "Oxidative degradation of cis- and trans-1,4-polyisoprenes and vulcanized natural rubber polyisoplene with enzyme-mediator systems"Biomacromolecules. 4. 314-320 (2003)
• [Publications] F.Su, T.Iwata, F.Tanaka, Y.Doi: "Crystal structure and enzymatic degradation of poly(4-hydroxybutyrate)"Macromolecules. 36. 6401-6409 (2003)
• [Publications] Y.Furuhashi, T.Iwata, Y.Kimura, Y.Doi: "Structural characterization and enzymatic degradation of α-, β-, and γ-crystalline forms for poly(β-propiolactone)"Macromolecular Bioscience. 9. 462-470 (2003)