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JSTなど、高耐熱性を持つ世界最強度のバイオ樹脂を開発、自動車を軽量化

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科学技術振興機構(JST)と北陸先端科学技術大学院大学は、高耐熱性を持つ世界最強度のバイオポリエステルを開発したと発表した。自動車など輸送機器のエンジン周りに利用することで軽量化を実現するバイオポリエステルとして期待される。

今回、JSTが実施する課題達成型基礎研究の一環として、北陸先端科学技術大学院大学の研究グループは、植物細胞に含まれる桂皮酸類(ポリフェノールの一種)と天然鉱物であるハイドロタルサイトを用いて、高耐熱性と世界最強の曲げ強度を持つバイオポリエステルを開発した。

本成果により、ハイドロタルサイトの新しい利用法の開拓と、フェノール系ポリマーがより効率よく合成できる可能性が見いだされた。天然物の中には数多くのポリフェノールが存在するが、これらのバイオプラスチック原料としての利用範囲が広がった。また、得られた高性能バイオポリエステルは、比重が1.3程度であり金属と比較して格段に小さいことから自動車などの輸送機器への応用が可能と考えられている。

生物に由来する再生可能なバイオマスを原材料とするバイオプラスチックは、低炭素社会の構築に必須とされているが、そのほとんどが柔軟なポリエステルで、耐熱性や力学強度に問題点があった。このため用途は限られ、主に使い捨て分野で使用されているのが現状となっており、工業製品に用いるためにはケナフ繊維を添加するなど特殊な加工が必要となっていた。

本研究チームは、光合成微生物から高等植物まであらゆる植物細胞に含まれる、ポリフェノールの一種で堅い構造を持つ桂皮酸に注目し、桂皮酸類を用いてスーパーエンジニアリングプラスチックを開発することを目的として研究を進めきた。特に強度に優れ、耐熱性のような特定の機能を強化してあるプラスチックはエンジニアリングプラスチックと分類され、特に耐熱温度が150℃以上であるものをスーパーエンジニアリングプラスチックと呼ばれている。

今回、当該ポリフェノールを、天然鉱物であるハイドロタルサイト触媒の存在下で重合し、高配向性のバイオポリエステル樹脂を合成することに成功。さらに、このバイオポリエステルがガラス表面で自己配向することを発見し、ガラス繊維を混ぜることで、145MPaの力学強度、10GPaの弾性率、305℃の耐熱温度を持つスーパーエンジニアリングプラスチック並の性能を持つバイオポリエステル樹脂を得ることに成功した。現在、さらなる改良により高強度/高耐熱のバイオ樹脂を作る研究が行われている。

参考:JAIST - 高耐熱性を持つ世界最強度のバイオポリエステルを開発

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