バイオマスプラスチック－ポリ乳酸の高機能化

生物质塑料——高功能性聚乳酸

基本信息

批准号：
17J01410
负责人：
菅野智成
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

PLA多孔質体（PLAモノリス）は機械特性や親水性に乏しく、特に水環境中での用途が制限される。一方、バクテリアセルロース（BC）は生体適合性に優れる微生物由来の繊維であり、BC繊維との複合化によりポリマーの物性強化や親水性の向上が報告されている。当該年度は、前年度にて開発した新規熱誘起相分離法(TIPS)法をもとにPLLAモノリスと異方性を持つBCゲルとのコンポジット化を行い、PLLAモノリスの機械特性および親水性の向上を試みた。具体的には、1,4-ジオキサン/2-ブタノン/水を溶媒とするTIPS法を用いて、PLLA濃度50~100 mg/mLの範囲にてBC/PLLA複合化モノリスを作製した。BC/PLLAモノリスは、いずれもPLLA単体の葉状骨格中にBC繊維が3次元的に貫通し、蔦状の構造が発現していた。BC添加による機械特性の変化を確認するため、モノリスの圧縮試験を行った。PLLA濃度の増加によりBC/PLLAモノリスの圧縮強度が飛躍的に上昇した。単体のPLLA100と比較すると、BC/PLLA100は約4倍にも及ぶ圧縮強度を有しており、BC骨格を含むことでPLLA骨格が強化され、物性が大幅に改善されることが明らかとなった。PLLA100の場合では水に対して約129°の接触角を示したが、BC/PLLA100は102°となり、BCを骨格に含むことでモノリス表面の親水性が改善されていた。さらに、モノリスの水吸収性を検証するため、接触角の経時変化を測定した。PLLA100の場合では、時間に対して接触角変化はほとんど観測されなかったが、BC/PLLA100の場合では、時間とともに水がモノリス内部へ浸透し、非常に高い水吸収性を示した。この結果は、従来のPLAモノリスの弱点を大きく改善するものであり、PLAモノリスの高機能化において大変重要な成果である。

PLA多孔体（PLA巨石）缺乏机械性能和亲水性，并且在水环境中的使用尤其有限。另一方面，细菌纤维素（BC）是具有出色生物相容性的微生物纤维，据报道，通过与BC纤维络合了聚合物性能和亲水性。在今年，我们尝试使用上一年开发的新热诱导相分离（TIPS）方法来改善具有各向异性BC凝胶的复合材料的PLLA巨石的机械性能和亲水性。具体而言，使用1,4-二恶烷/2-丁酮/水作为溶剂，以50至100 mg/ml的PLLA浓度以50至100 mg/ml的浓度制备BC/PLLA共轭整体。所有BC/PLLA巨石都在PLLA的球形骨架中均具有3D渗透，从而产生了类似藤蔓的结构。为了确认由于加入BC而导致的机械性能的变化，对整体进行了压缩测试。 PLLA浓度升高大大提高了BC/PLLA巨石的抗压强度。与单个PLLA100相比，BC/PLLA100的抗压强度约为四倍，并且已经发现包含BC骨架可以增强PLLA骨架并显着提高物理特性。在PLLA100的情况下，相对于水的接触角约为129°，但BC/PLLA100为102°，通过在骨架中包括BC，可以提高整体表面的亲水性。此外，为了验证整体的吸水，测量了接触角的变化。在PLLA100的情况下，相对于时间的接触角几乎没有变化，但是在BC/PLLA100的情况下，随着时间的推移，水渗透到整体的内部，显示出极高的吸收吸收。该结果极大地改善了常规PLA巨石的弱点，并且是改善PLA巨石功能的非常重要的结果。