Designing High-Performance Bio-Based Polymer Materials by Installing Saccharide Segments
| Project/Area Number |
21KK0096
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| Research Category |
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
磯野 拓也 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70740075)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田島 健次 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00271643)
佐藤 敏文 北海道大学, 工学研究院, 教授 (80291235)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥19,110,000 (Direct Cost: ¥14,700,000、Indirect Cost: ¥4,410,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | バイオベース高分子 / 多糖 / オリゴ糖 / ブロック共重合体 |
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| Outline of Research at the Start |
糖類を原料としたバイオベース高分子材料の開発は、炭素循環社会や持続可能社会の構築に向けて意義深い。本研究は糖類そのものの機能を最大限に活用したバイオベース高分子材料の創出を目的とする。本研究の革新性は、糖鎖と合成高分子鎖をブロック共重合体の形でハイブリッド化することで、再生可能資源由来・生分解性という特徴に加え、糖鎖間の強固な会合力とミクロ相分離による秩序構造形成という相乗効果を材料設計の基軸に取り入れる点にある。日仏台の3か国共同体制によって本課題に挑むことで、幅広い材料特性をカバーするバイオベース高分子材料を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、日仏台の3か国共同体制によって、糖鎖をバイオベース原料ならびに機能発現部位として活用することで、高強度・高靭性バイオベース高分子材料を創出することを目的としている。
昨年度に引き続き、置換度の異なるアセチルセルロースオリゴ糖（AcCel）とポリデカノラクトン（PDL）からなるトリブロック共重合体の系統的合成を行った。それらのミクロ相分離挙動を小角X線散乱や原子間力顕微鏡観察により詳細に評価した。その結果、置換度の低下に伴って糖鎖とPDL間の非相溶性が向上し、ミクロ相分離が促進されていることが判明した。一方、置換度3の場合は糖鎖部位の結晶化が見られた。引張試験を行った結果、置換度の違いに起因したナノ構造や糖鎖水素結合形成能などに応じて機械特性を制御できる可能性が示唆された。
ポリカプロラクトン（PCL）と置換度の異なるAcCelからなるブロック共重合体を合成し、昨年度に引き続き、酢酸セルロース樹脂の相溶化剤としての応用を検討した。相溶化剤の分子鎖形態と機能の相関を明らかにするため、AＢ型に加え、ABAやA2BA2型（A = AcCel、B =PCL）の相溶化剤も合成した。本相溶化剤を酢酸セルロース樹脂とPCLからなるブレンドに添加すると、柔らかいPCLの相溶化により破断伸びが向上した。また、ABAやA2BA2型の相溶化剤がより優れた物性改善を示すことも明らかとした。
以上に加え、海外共同研究者であるChen（台湾）およびChiu（台湾）らそれぞれとオンライン会議を開催した。また、Chenらのグループに博士課程学生を派遣し、関連実験を行った。さらに、共同研究者のBorsali（フランス）が所属する研究機関に博士課程学生とともに滞在し、関連の実験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
各種の糖鎖ベースブロック共重合体の合成に成功したことに加え、糖鎖の置換度やブロック共重合体の分子鎖形態に基づいて糖鎖ベースエラストマーや糖鎖ベース材料に対する物性改質剤の機能や特性を制御できることを見出した。また、海外共同研究者の研究機関における実験も始めている。以上より、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの検討では主にセルロースオリゴ糖を糖鎖ブロックとして用いていたが、今後は様々な多糖類およびその誘導体の利用を検討する。また、糖鎖ベース材料の生分解性評価も進め、材料物性と生分解性の両立が可能な材料設計指針を導く。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
