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

• 研究課題/領域番号: 15685009
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 環境関連化学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 29,770千円 (直接経費: 22,900千円、間接経費: 6,870千円); 2005年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2004年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円); 2003年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
• キーワード: 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

研究概要

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。

研究成果

• [雑誌論文] Unique crystalline orientation of poly[(R)-3-hydroxybutyrate]/ Cellulose propionate blends under uniaxial drawing (2005)
  • 著者名/発表者名: Jun Wuk Park, Yoshiharu Doi, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Macromolecules 38 ページ: 2345-2354
• [雑誌論文] Time-resolved X-ray diffraction study on poly([R]-3-hydroxybutyrate) films during two-step-drawing : Generation mechanism of planar zigzag conformation (2005)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata, Masahiro Fujita, Yoshihiro Aoyagi, Yoshiharu Doi, Tetsuro Fujisawa
  • 雑誌名: Biomacromolecules 6 ページ: 1803-1809
• [雑誌論文] Mechanical properties of uniaxially cold-drawn films of poly[(R)-3-hydroxybutyrate] and its copolymers (2005)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata, Yoshiharu Doi
  • 雑誌名: Macromolecular Symposia 224 ページ: 11-19
• [雑誌論文] Structure investigation of narrow banded spherulites in polyhydroxyalkanoates by micro-beam X-ray diffraction with synchrotron radiation (2005)
  • 著者名/発表者名: Toshihisa Tanaka, Masahiro Fujita, Akihisa Takeuchi, Yoshio Suzuki, Kentaro Uesugi, Yoshiharu Doi, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Polymer 46 ページ: 5673-5679
• [雑誌論文] Feature Article : Strong fibers and films of microbial polyesters (2005)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 5 ページ: 689-701
• [雑誌論文] Uniaxial drawing of poly[(R)-3-hydroxybutyrate]/cellulose acetate butyrate and their orientation behavior (2005)
  • 著者名/発表者名: Jun Wuk Park, Toshihisa Tanaka, Yoshiharu Doi, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 5 ページ: 840-852
• [雑誌論文] Mechanical properties and enzymatic degradation of poly([R]-3-hydroxybutyrate-co-[R]-3-hydroxyhexanoate) uniaxially cold-drawn films (2004)
  • 著者名/発表者名: J.J.Fischer, Y.Aoyagi, M.Enoki, Y.Doi, T.Iwata
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 83 ページ: 453-460
• [雑誌論文] Crystal structure, thermal behavior and enzymatic degradation of poly(tetramethylene adipate) solution-grown chain-folded lamellar crystals (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Iwata, S.Kobayashi, K.Tabata, N.Yonezawa, Y.Doi
  • 雑誌名: Macromolecular Bioscience 4 ページ: 296-307
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: T.Iwata, Y.Aoyagi, M.Fujita, H.Yamane, Y.Doi, Y.Suzuki, A.Takeuchi, K.Uesugi
  • 雑誌名: Macromoleculer Rapid Communications 25 ページ: 1100-1104
• [雑誌論文] Uniaxial drawing and mechanical properties of poly[(R)-3-hydroxybutyrate]/poly(L-lactic acid) blends (2004)
  • 著者名/発表者名: J.W.Park, T.Iwata, Y.Doi
  • 雑誌名: Biomacromolecules 5 ページ: 1557-1566
• [雑誌論文] Crystal structure and morphology of poly(11-undecalactone) solution-grown single crystals (2004)
  • 著者名/発表者名: E.Kim, H.Uyama, Y.Doi, C.S.Ha, T.Iwata
  • 雑誌名: Macromolecules 37 ページ: 7258-7264
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: 田中稔久, 青柳佳宏, 土肥義治, 岩田忠久
  • 雑誌名: 繊維学会誌 60 ページ: 309-315
• [図書] グリーンプラスチック材料技術と動向 (2005)
  • 著者名/発表者名: 田口精一, 岩田忠久
  • 総ページ数: 229
  • 出版者: CMC出版
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] F.Su, T.Iwata, F.Tanaka, Y.Doi: "Crystal structure and enzymatic degradation of poly(4-hydroxybutyrate)"Macromolecules. 36. 6401-6409 (2003)
• [文献書誌] 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)