非可食系バイオマスからの新規生分解性バイオベースプラスチックの創製と高性能化

• 研究課題/領域番号: 22245026
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境関連化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 岩田 忠久 東京大学, 農学生命科学研究科, 教授 (30281661)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 47,840千円 (直接経費: 36,800千円、間接経費: 11,040千円); 2013年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円); 2012年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円); 2011年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2010年度: 18,980千円 (直接経費: 14,600千円、間接経費: 4,380千円)
• キーワード: バイオベースプラスチック / 生分解性プラスチック / フィルム / 繊維 / 酵素分解性 / キシラン / ポリ乳酸 / 微生物産生ポリエステル / バイオマス / ヘミセルロース / 天然多糖類 / プラスチック / 機械的物性 / 生分解性 / バイオマスプラスチック / 多糖類 / エステル誘導体 / キシラン誘導体 / 結晶核剤 / 大型放射光 / バイオベース高分子 / 生分解性高分子 / ナノファイバー / 化学修飾 / 球晶観察

研究成果の概要

本研究では、非可食系バイオマスから新規なバイオベースプラスチックの合成と環境中で分解する生分解性プラスチックの高性能化を目的とした。木材から抽出されるヘミセルロースの一つであるキシランをエステル化することによりプラスチック材料化に成功した。さらに、キシランエステルが生分解性ポリエステルであるポリ乳酸に対し、非常に優れた結晶核剤効果を示すことを見出した。一方、生合成した超高分子量バイオポリエステルを用いて、高強度フィルムや繊維の作製に成功すると共に、分子鎖構造と結晶構造を大型放射光のＸ線回折により解析を行った。さらに、酵素分解性速度が結晶化度や分子鎖構造により制御できることを見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Syntheses of Glucomannan Esters and Their Thermal and Mechanical Properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Enomoto-Rogors, Yusuko Ohmomo, Akio Takomura, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 101 ページ: 592-599
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2013.09.103
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of Mechanical Reinforcement Effects of Surface-Modified Cellulose Nanofibrils and Carbon Nanotubes in PLLA Composites (2014)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, et al.
  • 雑誌名: Composites Science and Technology 巻: 90 ページ: 96-101
  • DOI: 10.1016/j.compscitech.2013.10.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation and characterization of polychloroprene nanocomposite with cellulose nanofibers from oil palm empty fruit bunches (OPEFBs) as nanofiller (2014)
  • 著者名/発表者名: Farah Fahma, Naruhito Hori, Tadahisa Iwata, and Akio Takemura
  • 雑誌名: Journal of Applied Polymer Science 巻: 131 号: 8 ページ: 40159-40164
  • DOI: 10.1002/app.40159
  • 査読あり
• [雑誌論文] Curdlan Ester Derivatives : Synthesis, Structure, and Properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Hironori Marubayashi, Kazuyori Yukinaka, Yukiko Enomoto-Rogers, Takemura A, Iwata T
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 103 ページ: 427-433
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2013.12.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Syntheses and properties of glucomannan acetate butyrate mixed esters (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Danjo, Yukiko Enomoto-Rogers, Akio Takemura, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 109 ページ: 373-378
  • DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2014.05.023
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Acetylation and characterization of xylan from hardwood kraft pulp (2012)
  • 著者名/発表者名: Noreen G. Fundador, Yukiko Enomoto-Rogers, Akio Takemura and Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 87 号: 1 ページ: 170-176
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2011.07.034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of xylan-graft-poly(Llactide) copolymers via click chemistry and their thermal properties (2012)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Enomoto-Rogers and Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 87 号: 3 ページ: 1933-1940
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2011.09.092
  • 査読あり
• [雑誌論文] Physical and structural effects of adding ultrahigh- molecular-weight poly[(R)-3-hydroxybutyrate] to wild-type poly[(R)-3-hydroxybutyrate] (2012)
  • 著者名/発表者名: Taizo Kabe, Takeharu Tsuge, Ken-ichi Kasuya, Akio takemura, Takaaki Hikima, Masaki Takata and Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 号: 4 ページ: 1858-1865
  • DOI: 10.1021/ma202285c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Syntheses and characterization of xylan esters (2012)
  • 著者名/発表者名: Fundador N. G. V, Enomoto-Rogers Y, Takemura A, Iwata T,
  • 雑誌名: Polymer 巻: 58 号: 18 ページ: 3885-3893
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2012.06.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Processing, mechanical properties and structure analysis of melt-spun fibers of P(3HB)/UHMW-P(3HB) identical blend (2012)
  • 著者名/発表者名: Taizo Kabe, Takeharu Tsuge, Takaaki Hikima, Masaki Takata, Akio takemura, and Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: ACS Symposium Series, Vol. 1105, Biobased Monomers, Polymers and Materials 巻: Chapter 5 ページ: 63-75
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and mechanical properties of wet-spun fibers made from natural cellulose nanofibers (2011)
  • 著者名/発表者名: Sinichiro Iwamoto, Akira Isogai and Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 12 号: 3 ページ: 831-836
  • DOI: 10.1021/bm101510r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of pre-acid-hydrolysis treatment on morphology and properties of cellulose nanowhiskers from coconut hust (2011)
  • 著者名/発表者名: Fahma Farar, Shinichiro Iwamoto, Naruhito hori, Tadahisa Iwata and Akio Takemura
  • 雑誌名: Cellulose 巻: 18 号: 2 ページ: 443-450
  • DOI: 10.1007/s10570-010-9480-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanical properties, structure analysis and enzymatic degradation of poly[(R)-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate] uniaxially cold-drawn films (2011)
  • 著者名/発表者名: Jiaqi Zhang, Kenichi Kasuya, Takaaki Hikima, Masaki Takada, Akio Takemura, and Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 96 号: 12 ページ: 2130-2138
  • DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2011.09.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison study of TEMPO-analogous compounds on oxidation efficiency of wood cellulose for preparation of cellulose nanofibers (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Iwamoto, Weihua Kai, Takuya Isogai, Tsuguyuki Saito, Akira Isogai, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 95 ページ: 1394-1398
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved synthesis of P(3HB-co-3HV-co-3HHx) terpolymers by mutant Cupriavidus necator using the PHA synthase gene of Chromobacterium sp.USM2 with high affinity towards 3HV (2010)
  • 著者名/発表者名: Kesaven Bhubalan, Devi-Nair Rathi, Hideki Abe, Tadahisa Iwata, Kumar Sudesh
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 95 ページ: 1436-1442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced interlayer interaction in cellulose single nanofibers and poly (L-lactic acid) films by plasma-initiated surface grafting of poly (acryl acid) onto poly (L-lactic acid) films (2010)
  • 著者名/発表者名: Weihua Kai, Shinichiro Iwamoto, Kazuki Akamatsu, Shinichi Nakao, Akira Isogai, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Polymer Degradation and Stability 巻: 95 ページ: 1004-1010
  • 査読あり
• [雑誌論文] 生分解性バイオポリエステルの高性能化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 雑誌名: SPring-8利用者情報 巻: 8 ページ: 150-156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural properties and enzymatic degradation behavior of PLLA and stereocomplexed PLA nanofibers (2010)
  • 著者名/発表者名: Noreen G.V.Fundador, Akio Takemura, Tadahisa Iwata
  • 雑誌名: Macromolecular Materials and Engineering 巻: 295 ページ: 865-871
  • 査読あり
• [雑誌論文] ポリ[(R)-3-ヒドロキシブチレート-co-(R)-3-ヒドロキシヘキサノエート]のゲルフィルム作製,高次構造解析および酵素分解性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 加部泰三、竹村彰夫、岩田忠久、田中稔久、粕谷健一、伊藤和輝、高田昌樹
  • 雑誌名: 繊維学会誌 巻: 66 ページ: 253-260
  • NAID: 10026685254
  • 査読あり
• [学会発表] Syntheses of chitosan acylates and their properties (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Danjo, Yukiko Enomoto-Rogers, Akio Takemura and Tadahisa Iwata
  • 学会等名: International Symposium on Wood Science and Technology 2015 (IAWPS2015)
  • 発表場所: Funabori, Tokyo
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] 天然多糖類エステル誘導体の合成と高性能化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 学会等名: 第63回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Synthesis and Properties of Environmentally Benign Polymers from Polysaccharides; (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 学会等名: IUPAC World Polymer Congress Macro2014
  • 発表場所: Chiang Mai, Thailand
  • 年月日: 2014-07-06 – 2014-07-10
  • 招待講演
• [学会発表] カードランエステル誘導体の合成，基礎物性解析および繊維化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 若本一敏, 加部泰三, 岩田忠久, 丸林弘典
  • 学会等名: 平成26年度繊維学会年次大会
  • 発表場所: 船堀、東京
  • 年月日: 2014-06-10 – 2014-06-12
• [学会発表] 微生物産生ポリエステルの物性および球晶形成に対する分子量効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杉浦高士, 加部泰三, 竹村彰夫, 岩田忠久, 大竹勝人
  • 学会等名: 平成26年度繊維学会年次大会
  • 発表場所: 船堀、東京
  • 年月日: 2014-06-10 – 2014-06-12
• [学会発表] 糖質を利用したバイオマスプラスチックの新展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 学会等名: 第54回澱粉研究懇談会
  • 発表場所: 伊東
  • 年月日: 2014-06-05 – 2014-06-07
  • 招待講演
• [学会発表] プルランエステル誘導体の合成と基礎物性解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 飯尾成博, ロジャース有希子, 信川省吾, 山口政之, 岩田忠久
  • 学会等名: 第63回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-29
• [学会発表] アルギン酸エステル誘導体の合成とその性質 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小田史彦, 石井大輔, 竹村彰夫, 岩田忠久
  • 学会等名: 第63回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-29
• [学会発表] グルコマンナンアシルエステルの合成とアシル鎖長による物性制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 檀上隆寛, ロジャース有希子, 加部泰三, 丸林弘典, 信川省吾, 山口政之, 竹村彰夫, 岩田忠久
  • 学会等名: 第63回高分子学会年次大会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2014-05-27 – 2014-05-29
• [学会発表] High-functionability of Biodegradable and Bio-based Plastics (2012)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 学会等名: 日中バイオテクノロジー国際シンポジウム2012
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and characterization of xylan and glucomannan ester derivatives and their application (2012)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 学会等名: The 3rd International Cellulose Conference
  • 発表場所: ガトーキングダム札幌（北海道）
• [学会発表] Synthesis and Characterization of Xylan and Glucomannan Ester Derivatives (2012)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 学会等名: The 4th International Symposium of IWoRS
  • 発表場所: マカッサル（インドネシア）
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanical properties and structure analysis of micro-porous fibers processed from polyhydroxyalkanoate (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa IWATA
  • 学会等名: ACS229
  • 発表場所: アメリカ、アナハイム
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Preparation and characterization of di-O-(6-azidohexanoyl) xylan-graft-poly (L-lactide) (2011)
  • 著者名/発表者名: Yukiko Enomoto-Rogers, Tadahisa Iwata
  • 学会等名: ACS229
  • 発表場所: アメリカ、アナハイム
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Mechanical properties, structure analysis and enzymatic degradation of microbial polyester fibers (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa IWATA
  • 学会等名: MoDeSt
  • 発表場所: プラハ（チェコ）
• [学会発表] Synthesis and Characterization of Xylan Ester Derivatives and Their Crystallization Effects (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata, Noreen G. Fundador and Yukiko Enomoto-Rogers
  • 学会等名: International Conference on Bio-based Polymers 2011
  • 発表場所: 北京（中国）
  • 招待講演
• [学会発表] STRUCTURE ANALYSIS AND ENZYMATIC DEGRADATION OF BIO-BASED POLYESTER FIBERS (2011)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 学会等名: Pacific Polymer Conference
  • 発表場所: 済州島（韓国）
  • 招待講演
• [学会発表] 生分解性バイオマスプラスチックの現状 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岩田 忠久
  • 学会等名: 第20回ポリマー材料フォーラム
  • 発表場所: タワーホル船堀（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] Structure analysis and enzymatic degradation of β-form in poly [(R)-3-hydroxybutyrate] fibers and films (2010)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa IWATA
  • 学会等名: Pacifichem2010
  • 発表場所: アメリカ、ハワイ
  • 年月日: 2010-12-15
• [学会発表] Synthesis and characterization of xylan ester derivatives (2010)
  • 著者名/発表者名: Noreen Fundador, Yukiko Enomoto-Rogers, Tadahisa IWATA
  • 学会等名: Pacifichem2010
  • 発表場所: アメリカ、ハワイ
  • 年月日: 2010-12-15
• [学会発表] Structure and properties of bio-based polyester fibers (2010)
  • 著者名/発表者名: Tadahisa IWATA
  • 学会等名: ISBP2010
  • 発表場所: ドイツ、シュツットガルト
  • 年月日: 2010-10-07
• [学会発表] 植物由来資源からの微生物による新規バイオベースポリマーの開発と実用材料化 (2010)
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 学会等名: 第5回バイオ材料プロジェクト「次世代のライフスタイルを支えるバイオ材料の飛躍開発を目指して」
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Recent Progress of Japanese Bioplastics Industry and Scientific Research
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 学会等名: Special Symposium on Hanyang University
  • 発表場所: ソウル（韓国）
  • 招待講演
• [学会発表] High-functionability of Biodegradable Biomass-based Plastics
  • 著者名/発表者名: Tadahisa Iwata
  • 学会等名: 先端材料科学セミナー
  • 発表場所: 北陸先端大学院大学（石川）
  • 招待講演
• [学会発表] 微生物産生ポリエスエステルの現状と展望
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 学会等名: 持続社会構築のためのバイオマス由来高分子材料
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所（東京）
  • 招待講演
• [学会発表] バイオマスプラスチックの高性能化を目指して
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 学会等名: FAMCO先端機能材料特別講演会
  • 発表場所: 名古屋工業大学（名古屋）
  • 招待講演
• [学会発表] ナノ構造制御による生分解性バイオポリエステルの高性能化を目指して
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 学会等名: 第80回千葉地域活動高分子研究交流講演会
  • 発表場所: 出光会館（千葉）
  • 招待講演
• [学会発表] 未来を拓け！環境にやさしいプラスチック
  • 著者名/発表者名: 岩田 忠久
  • 学会等名: 国際プラスチックフェア
  • 発表場所: 幕張メッセ（千葉）
  • 招待講演
• [学会発表] 生分解性バイオベースポリマーの高性能化と構造解析
  • 著者名/発表者名: 岩田 忠久
  • 学会等名: 高分子学会中国四国支部 平成23年度高分子講演会
  • 発表場所: 広島大学（広島）
  • 招待講演
• [図書] 高機能性繊維の最前線 〜医療、ヘルスケア分野への挑戦〜、第四編医療用機能性繊維、第6章 微生物産生ポリエステルの医療用繊維としての応用を目指して (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩田忠久
  • 総ページ数: 241
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] Chapter 10 : Nanofibrous scaffolds of bio-polyesters : In vitro and in vivo characterizations and tissue response, Nanofibers (2010)
  • 著者名/発表者名: Hui Ying Tang, Daisuke Ishii, Kumar Sudesh, Tetsuji Yamamoka, Tadahisa Iwata
  • 総ページ数: 358
  • 出版者: Intech, Olajnica 19/2, 32000 Vulovar, Croatia
• [備考] 東京大学 大学院農学生命科学研究科 生物材料科学専攻 高分子材料学研究室 ＨＰ
  • URL: http://www.fp.a.u-tokyo.ac.jp/lab/polymer/index.html
• [備考] 東京大学高分子材料学研究室ＨＰ
  • URL: http://www.fp.a.u-tokyo.ac.jp/lab/polymer/index.html
• [備考] 高分子材料学研究室HP
  • URL: http://www.fp.a.u-tokyo.ac.jp/lab/polymer/index.html