成果報告書詳細
管理番号20130000001018
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 グリーン・サステイナブルケミカルプロセス基盤技術開発 化学品原料の転換・多様化を可能とする革新グリーン技術の開発 非可食原料からのバイオポリエステル製造基盤技術の研究開発と実用材料化
公開日2014/1/24
報告書年度2010 - 2012
委託先名国立大学法人東京大学 株式会社カネカ 国立大学法人大阪大学 バイオベース株式会社 関西化学機械製作株式会社 Bioーenergy株式会社
プロジェクト番号P09010
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約 本研究では、非可食原料であるパーム油精製副産物、パルプ、ひまし油などを原料とし、微生物産生ポリエステルおよび分岐状ポリエステルを生産する基盤技術の開発を行うと共に、フィルム、繊維、プリンター部材などの実用部材化に向けた応用開発研究を行った。
(1)非可食原料であるパーム油精製副産物を炭素源とした場合、微生物産生ポリエステル(PHBH)の生産性及び分子量が低下するという課題があった。今回、副産物の活性白土処理、乳化技術の改良、菌株育種の選択により、パーム油から生産される場合と同等の生産性及び物性を有するPHBHを生合成することに成功した。
(2)核にヒマシ油、枝にポリ乳酸鎖を有する分岐状ポリエステルの精密合成を、乳酸やラクチドをモノマーとする重合系で確立した。非可食系バイオマスからの乳酸生産では、パルプの酵素糖化技術とペントース資化性組換え乳酸菌を用いたC6・C5混合糖のD-乳酸発酵技術を開発した。
(3)分子量1500、3000、15,000の分岐状ポリエステルをラボスケールで合成することに成功した。さらに分子量3,000のポリマーに関しては、乳酸とヒマシ油を原料に30Lウォールウェッター付反応槽で大量合成することに成功した。
(4)PHBHの部材化に向けて種々の配合条件を検討した結果、フィルム成型の互着防止にはPHBH/PBAT/PBS/ベヘン酸アミド/エルカ酸アミド配合が有効であること、射出成型ではPLA及びマイカをブレンドすることで曲げ弾性率や曲げ強度がABS樹脂レベルまで向上することを見出した。
(5)現行ではPEから加工している気泡緩衝材を、PHBHを用いて試作することに成功した。更に現行はPPから加工している軽量剛性板についても試作機での加工に成功し、量産機への展開の可能性を確認した。
(6)繊維互着の防止技術及び結晶化速度制御技術の検討により、単繊維、ニット織り、不織布を試作した。試作不織布の物性は市販品と概ね同範囲にあること、抗菌性を付与可能であること、繊維形状で難燃化の可能性を見出した。
(7)分岐状ポリエステルをPHBHやポリ乳酸などのバイオベースプラスチックに添加したところいずれの場合も結晶化が促進され、分岐状ポリエステルがバイオベースプラスチックの結晶核剤として作用することが見出した。
(8)分岐状ポリエステルを結晶核剤としてポリ乳酸に混合することによって、90℃金型において25秒で射出成形可能なバイオポリエステルコンパウンドを開発することが出来た。これにより、従来の石油樹脂と同等のコストで成形できるようになった。さらに、二軸混練技術の開発によるバイオポリエステルの高機能化(耐熱性、耐衝撃性、難燃性の向上)に取り組み、耐熱性108℃、耐衝撃性8kJ/m2、難燃性UL94-V0を達成した。これは、パソコンやプリンタなどの家電・OA機器の外装材に使用される石油系ポリマーアロイ樹脂(PC/ABS)の標準物性値を達成している。
英文要約The aim of this project is the efficient production of microbial polyesters (PHBH) and branched polyester from non-edible resources as by-product of palm oil, pulp and castor oil. Furthermore, the new processing techniques were developed for the production of applications as film, fiber and OA equipment. Main results are followings;
(1) When non-edible palm oil refining by-products was used as a sole carbon source, there were problems of decrease in the productivity and molecular weight of PHBH produced. By the treatment of by-products with activated earth, improvement of emulsion technique, and selecting of new strain breeding, we succeeded to produce PHBH having the equivalent productivity and physical properties.
(2) For the branched biopolyesters with the core of castor oil and the branch of poly(lactic acid), their precise synthesis was achieved by using lactic acid and lactide as monomer. In lactic acid production from non-edible resources, we developed technologies for enzymatic saccharification of pulp and D-lactic acid fermentation from a mixture of glucose and xylose by using pentose-assimilating lactic acid bacteria.
(3) Branched polyesters with molecular weights of 1,500, 3,000 and 15,000 were successfully produced in the laboratory. Furthermore, large-scale production of branched polyester with MW3,000 was succeeded by using 30L reactor with Wall Wetter.
(4) We found out that PHBH/PBAT/PBS/behenamide/erucamide formulation is effective in prevention from stack of inflation molding. Furthermore, the flexural modulus and flexural strength improved until the ABS resin level by blending PLA and mica in injection molding.
(5) We succeeded in producing the light-weight rigid boards by the pilot production machine and also confirmed the possibility of large-scale production.
(6) As the results of studies of the fiber adhesion prevention and the crystallization speed control technologies, it is possible for us to make staple fiber, knitting fabric, nonwovens. We have found that the physical properties of trial production of nonwovens were generally the same range of commercially available nonwovens and it is possible to impart antimicrobial properties, flame retardant in the fiber forms.
(7) A small amount of the branched polyesters or their derivatives enhanced the crystallization of PLA or PHBH.
(8) By mixing of branched polyesters and PLA, we developed an injection moldable bio polyester compound in 25 seconds at 90 ℃ mold. As a result, PLA can be molded at a cost equivalent to the traditional petroleum resin. Furthermore, we developed high-performance biopolyester compounds with 108 ℃ heat resistance, impact resistance 8kJ/m2, and UL94-V0 flame retardant. These properties are comparable to the standard physical properties of petroleum-based polymer alloy resin used in the housing of consumer electronics and OA equipment.
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