| 研究課題/領域番号 |
17K06065
|
|---|
| 研究機関 | 金沢工業大学 |
|---|
研究代表者 |
田中 基嗣 金沢工業大学, 工学部, 教授 (30346085)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| キーワード | グリーンコンポジット / 生分解性樹脂 / 加水分解制御 / ポリ乳酸 / 光解離性保護基 / 分子シミュレーション / 分子構造設計 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では，分子軌道計算および分子動力学シミュレーションによる反応環境・分子構造設計と試行錯誤的実験を組み合わせて，光解離性保護基を分子鎖内に多数導入した長鎖化ポリ乳酸の最適分子構造を導き出すことで，保護基導入による分子鎖の折れ曲がりに起因する力学特性（弾性率）の低下を可能な限り抑えつつ，「使用時の分解・劣化の抑制」と「廃棄時の分解促進」からなる加水分解制御機能を極限まで高性能化し，グリーンコンポジット用の究極のマトリックス樹脂を創製する原理を構築することを目的とした．これにより，地球環境に優しいグリーンコンポジットの実用化に寄与し，自動車一次のみならずインフラ構造物の複合材料化による社会のサステナビリティの増大に貢献することを目指している．二年目の成果は，以下のように要約される．
１）オルト位で反応させる保護基であるo-nitrobenzyl alcoholとパラ位で反応させる保護基である4-nitrobenzyl alcoholをそれぞれPLAに導入し引張試験をおこなった結果，パラ位での保護基である4-nitrobenzyl alcoholを導入することによって，保護基導入による弾性率低下を抑制できるのではないかという仮説通りの結果とはならず，保護基の活用部位に関係なくほぼ一定の弾性率を示した．
２）4-nitrobenzyl alcoholとo-nitrobenzyl alcoholとで導入後のPLAの加水分解制御機能を比較したところ，4-nitrobenzyl alcoholのほうが加水分解にともなう強度低下抑制度が低いことがわかった．
３）以上より，保護基の導入による長鎖化PLAの弾性率低下抑制と加水分解制御機能向上を両立するためには，保護基の分子構造だけではなく，分子鎖同士の極性相互作用など，分子構造因子をさらに検討する必要があることが示唆された．
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本研究の推進にあたって，二年目は，まず，分子動力学法により予測された光解離性保護基を介した長鎖化ポリ乳酸の弾性率に及ぼす反応サイトの影響について実証することを目指した．この観点では，充分な実験量によりさらに考慮すべき因子が明らかとなった．一方で，分子軌道計算および分子動力学シミュレーションに脱保護過程と加水分解過程を組み込む試みは端緒に就いたばかりであり，この観点で本研究の達成度は遅れているのが現状である．しがたって，全体として，本研究の現在までの達成度は，当初の計画と比較して「やや遅れている」と言える．
|
| 今後の研究の推進方策 |
まず，二年目の検討の結果，検討の必要性が示唆された極性相互作用などを組み込んだ分子シミュレーションにより，反応サイトが長鎖化ポリ乳酸の弾性率に及ぼす影響の予測を精微化する．これと並行して，「脱保護および加水分解過程を組み込んだ分子シミュレーション手法の構築」に引き続きチャレンジし，光解離性保護基媒介長鎖化ポリ乳酸の脱保護および加水分解挙動を分子シミュレーションにより予測することを目指す．この際，反応に必要な活性化エネルギを分子軌道計算によって導出し，紫外線照射による脱保護現象をその逆反応に必要な活性化エネルギを用いてモデル化する．また，ポリ乳酸分子鎖に乳酸モノマーが１つ接続されて水分子が１つ放出されるのに必要な活性化エネルギを分子軌道計算により導出し，加水分解現象をその逆反応に必要な活性化エネルギを用いてモデル化することで，ポリ乳酸がカルボキシル基末端から加水分解される分子動力学シミュレーション手法を構築する．以上により，グリーンコンポジット用生分解性樹脂における加水分解制御機能の極限化原理の構築を目指す．
|
| 次年度使用額が生じた理由 |
二年目は，反応サイトが長鎖化ポリ乳酸の弾性率に及ぼす影響をパラメータスタディ的に実験により検討したが，比較的スムーズに実験が実施できたため，若干の残額が生じた．この残額は，三年目に新たに予測された最適微視構造の実験的検証のために使用する予定である．
|
