高機能バイオベースプラスチックの実用化に向けた新戦略

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ポリ乳酸(PLA)をはじめとするバイオベースポリマー合成への新たなアプローチの可能性を探るため、米国Stanford大学とIBM Almaden Research Center(ARC)において有機触媒開環重合の技術を学び、その応用展開について検討した。Stanford大学のWaymouth教授とIBM ARCのHedrick博士らのグループでは最近、脂肪族カーボネートポリマーに重点を置いて有機触媒重合反応を利用した機能性材料、特に生体適合性材料の設計に取り組んでいる。同グループで開発された、非常に安価かつ生体適合性が確認されている2,2-bis(methylol)propionic acid(bis-MPA)を出発物質とした機能性六員環カーボネートモノマー(MTC)の合成法を利用して、重合・脱保護後に開環重合の開始剤となる水酸基を与えることが出来るMTC型モノマーを新規に合成し、脂肪族カーボネートを基本骨格としたPLAグラフト共重合体を合成し、そのステレオコンプレックス(sc)形成について検討した。MTC、ラクチドの開環重合は有機触媒によって行なわれ、最終的にグラフトポリマーでありながら多分散度が1.3以下のポリマーが得られた。グラフト化率50%以下ではカーボネートポリマー側鎖の各OHからラクチドが精度よく生長する。PLA鎖の結晶性はグラフト数とともに増加するが、L-体グラフトポリマーとD-体グラフトポリマー間のsc形成は一定以上増加しないことが確認された。これは高いグラフト密度では結晶形成が抑制されるためであると考えられ、ホモポリマーの結晶形成が確認されることはなかった。このため、完全sc化状態を維持したまま容易に高分子量化が達成でき、新たな機械物性の発現も期待される。さらにポリエチレングリコール(PEG)をMTC重合の開始剤とした場合、scを利用した自己会合ミセルを形成する両親媒性くし型高分子としても有望である。