成果報告書詳細
管理番号20160000000848
タイトル平成25年度ー平成27年度成果報告書 木質系バイオマスから化学品までの一貫製造プロセスの開発/木質バイオマスから各種化学品原料の一貫製造プロセスの開発
公開日2016/9/28
報告書年度2013 - 2015
委託先名帝人株式会社
プロジェクト番号P13006
部署名材料・ナノテクノロジー部
和文要約件名:平成25年度ー平成27年度成果報告書 木質系バイオマスから化学品までの一貫製造プロセスの開発/木質バイオマスから各種化学品原料の一貫製造プロセスの開発

本研究開発では、リグニン芳香族骨格の最適な低分子化技術を開発することにより、性能とコストのバランスに優れたエンプラ代替バイオプラスチックスの原料となるモノマー及び樹脂素材の開発を検討した。現在市場に流通しているエンプラにおいて、石油由来、例えばポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のような高耐熱エンプラは優れた耐熱性(ガラス転移点Tg:143℃)を有するが、コストが高い(推定コスト6,000円/kg)。一方、環境負荷が小さいバイオプラスチック、例えば、ポリ乳酸(PLA)は比較的低コスト(推定コスト250円/kg)であるが、耐熱性が低い(Tg:60℃)。本研究では石油系スーパーエンプラやバイオマス由来プラスチックと比較して、コストと耐熱性のバランスに優れたバイオ芳香族系エンプラを開発目標とした。まず、各種リグニンサンプルで、リグニン低分子化を実施した結果、針葉樹由来で変性が少ないリグニン種にて、バニリン類が最も高収率で得られることを確認した。当該バニリンをビフェニル化合物に誘導化することで耐熱性樹脂を始めとする高付加価値樹脂のモノマーを得るMAPを作成した。実際にバニリンを出発物質として、酸化、エステル化、カップリング等の反応を実施し、高収率で目的物を得るための適切な触媒、溶媒等の反応条件をスクリーニング、目的ビフェニル化合物モノマーが得られることを確認した。さらに元々リグニンが骨格として有するビフェニル体がリグニン酸化分解に伴い、回収が見込めることから、当該酸化分解物もバニリン由来品と同一のビフェニル化合物に誘導化することでリグニン分解物の有効利用が行える可能性についても実験的に確認を行った。次に上記ビフェニル化合物をモノマーとし、種々のジオールとの重縮合を行いポリエステル樹脂を合成・評価を行った。脂肪族グリコールとの重縮合物では、数平均分子量約15,000のポリマーが得られ、ガラス転移温度は106℃と通常のPET樹脂(78℃)と比較して高く、目標値(Tg:90℃以上)を達成した。また、当該ビフェニルモノマーは少量をテレフタル酸ジメチルと共重合させることで、通常のPET樹脂よりTgが向上することが分かった。
英文要約In this research, instead of engineering plastic, development of monomer to biomass plastic and resin material has been investigated by the optimum method of the decomposition to lignin.In the current years, the engineering plastics made from petroleum such as polyetheretherketone own excellent heat-resistant (Tg:143℃), but have high price; the other side, the ones made by biotechnology such as polylactic acid have the lower price than the former but also own the lower heat-resistant (Tg:60℃). In this research, we are able to develop a type of engineering plastics by biotechnology, with the goal of keeping the balance of heat-resistant and cost.First, the result of deposition to varies of lignin samples show that the lignin samples from softwood which have not been denatured can generate vanillin and the derivatives of vanillin in highest yield. To create a monomer of heat-resisting resin we were able to synthesize a biphenyl compound BVAM from vanillin. We synthesized BVAM from vanillin in high yield by three steps (oxidation, esterification, coupling reaction), using appropriate catalysts and solutions. The biphenyl structure derived from lignin can also be gained by decomposition to lignin. We were able to synthesize BVAM from biphenyl compound to show that varies of degradation products can be diverged to the same compound BVAM.We then used BVAM as a dicarbonyl monomer to react with varies of diol compounds by polycondensation, and got a new type of polyesters contained the BVAM structure. We analyzed these polymers and found that the number-average molecular weight of those polymers by polycondensation between BVAM and aliphatic diols was about 15000. They showed better heat-resisting property than PET because of the higher glass transition temperature (Tg=106℃), and we were able to achieve the goals. Then we copolymerized BVAM and DMT with ethylene glycol and convinced that the BVAM structure could improve the heat-resisting property of polyester.
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