国立先进产业技术研究所[院长中钵良二]（以下简称“AIST”）安全科学研究部[研究主任绪方雄二]环境暴露模型组梶原秀夫研究组组长是京都大学[院长山木俊和]人类圈研究所研究生院矢野博之与乙酰化教授合作，一种纤维素纳米纤维(CNF)LignoCNF被发现具有高生物降解性。这种CNF是由京都大学等机构开发的木质素-CNF复合材料用增强纳米纤维。
一般来说，生物降解塑料具有缺乏强度的弱点，但如果高强度的生物降解塑料成为可能，人们认为生物降解塑料的用途将会扩大，并将有助于解决海洋塑料和微塑料问题。这一结果为开发通过用乙酰化木质素-CNF 增强生物降解塑料制成的高强度生物降解塑料复合材料提供了知识。
该成果于2019年6月3日至7日在千叶县千叶市举行的国际可再生材料纳米技术会议上公布。
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| 乙酰化木质素-CNF 增强的可生物降解塑料的图像 |
近年来石油价格上涨、枯竭风险、二氧化碳2为了克服排放增加导致的全球变暖等问题，人们对源自生物质的新材料越来越感兴趣。其中之一是CNF和ligno-CNF（以下统称为CNF），其生产、利用和安全性的研究和开发不断取得进展。另一方面，海洋塑料问题和微塑料问题近年来备受关注。解决这个问题的一种可能的解决方案是用可生物降解的塑料代替产品中使用的塑料，即使将其丢弃在环境中，也可以通过微生物的作用快速生物降解。然而，生物降解塑料具有强度低的缺点，限制了其应用范围。
AIST 一直在开发一种评估 CNF 安全性的方法。安全性评价项目之一是在环境中的生物降解性，我们在开发测试所需的测量方法的同时，一直在获取代表性的CNF数据。该成果是在新能源产业技术综合开发机构（NEDO）委托项目“非食用植物化学生产工艺技术的开发/研究开发项目②从木质生物质到化学品的一体化制造工艺的开发/纤维素纳米纤维的一体化制造工艺及成分技术开发项目/CNF安全评价方法的开发（2017-2019年）”的支持下取得的。
另一方面，在京都大学，一种木质素-CNF复合材料的制造工艺（京都进程)并证明通过添加木质素-CNF可以大大提高塑料的强度。这一成果是在NEDO委托项目“非食用植物源化学品制造工艺技术开发/研究开发项目②从木质生物质到化学品的集成制造工艺开发/纤维素纳米纤维集成制造工艺和组件技术开发项目（2013-2019）”的支持下取得的。
乙酰化木质素-CNF 比未经处理的 CNF 具有更高的疏水性，有人担心其生物降解性会显着降低。因此，为了将京都工艺应用于高强度可生物降解塑料复合材料的开发，确认乙酰化木质素-CNF的生物降解性被认为很重要。
通过京都工艺在木质素-CNF 复合材料中乙酰化木质素-CNF，同时在乙酰化纸浆和塑料颗粒的熔融捏合过程中与塑料混合解纤由于被制成纳米纤维，因此不能以单一物质的形式从复合材料中提取出来。因此，本生物降解性测试中使用的乙酰化木质素-CNF（图1）是由乙酰化纸浆制成的。Attritor 设备搅拌，进行解纤而得到。另外，乙酰基的取代度(DS)设定为069，这被证实能够与塑料充分混合并增强强度。
乙酰化木质素-CNF的生物降解性是使用化学物质审查和管制法中用于评估一般环境中的生物降解性的测试方法（OECD TG301C：修改的MITI TEST（I））进行研究的。该生物降解性测试方法在含有活性污泥 (30 mg/L) 和目标样品 (100 mg/L) 的培养基中在 25 ± 1 °C 下测量生物需氧量 (BOD) 28 天。这里使用的活性污泥是通过培养从全国10个地点收集的污泥获得的，包括污水处理厂、河流、湖泊和海水的表面水，可以说含有一般环境中发现的微生物。
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| 图 1 乙酰化木质素 CNF |
测试中使用的乙酰化木质素-CNF的生物降解度为89±4%（3个样品的平均值和标准差）。该值充分高于判定试验物质的分解性良好的60％的标准，与并列比较而进行了乙酰化处理的未进行乙酰化处理的CNF(TEMPO氧化CNF、磷酸酯化CNF、机械解纤CNF)具有可比性。从这些事实可以得出结论，乙酰化木质素-CNF容易被一般环境中存在的微生物分解，并且可以说是环境友好且高功能的材料。
此外，与塑料复合的乙酰化木质素-CNF在塑料中不会发生生物降解，其增强性能下降。当增强生物降解塑料时，只有当塑料在环境中生物降解时，它才会发生生物降解。
这里获得的乙酰化木质素-CNF具有高度生物降解性，这为开发可生物降解且具有高强度的生物降解塑料复合材料开辟了道路。通过扩大生物降解塑料的用途，可能有助于解决海洋塑料问题。
海水中的生物降解性可能有所不同。此外，如果乙酰化程度改变，生物降解性也可能改变。未来，我们将通过改变乙酰化程度来研究海水中的生物降解性，同时考虑到海洋塑料的问题。
国立产业技术综合研究所
安全科学研究部环境暴露建模组
研究组组长梶原秀夫 kajiharahideo*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）