米乐(中国)官方网站 生物质基功能聚合物的开发

国立先进产业技术综合研究所【会长：石村和彦】（以下简称“AIST”）催化化学跨学科研究中心【研究中心主任：佐藤和彦】官能团转换组 AIST 特别研究员山本敦、首席研究员根本浩二、研究组组长兼研究中心副主任吉田胜； Hiro Matsumoto]（以下简称“RIKEN”）环境与资源科学中心[主任：Kazuki Saito] 生物塑料研究团队与团队负责人 Hideki Abe 和研究员 Yasumasa Takenaka 合作，开发了一种由生物质制成的新型功能性聚合物。

新开发的聚合物是通过预先制备由两种具有不同性质的生物质基原料组成的缩合物并将其用作单体而产生的缩聚我成功了羟基肉桂酸骷髅和蓖麻油酸骷髅交替排列共聚物（图1）。该聚合物的羟基肉桂酸骨架上有取代基 (甲氧基)的数量发生变化，表明机械和热性能不同。未来有望作为新型生物质橡胶材料、薄膜材料、透明材料等得到应用。

该技术的详细信息可以在英国皇家化学学会的期刊中找到RSC。进展2020 年 10 月 12 日。

经济合作与发展组织的预测，2030年全球生物技术市场将占GDP的27%（约200万亿日元）。按领域来看，工业领域预计将占40%左右，成为最大市场（根据产业结构委员会商业流通信息小组委员会生物小组委员会中期报告）。在此背景下，欧美各国纷纷出台生物经济战略，并已在集中开展工作。特别是在欧洲，该国制定了用生物基产品替代30%现有石油基产品的挑战性目标，并显示出积极利用系统通过规范石油基塑料袋和塑料餐具的使用等措施来推动生物市场的迹象。因此，在日本，需要开发源自生物质的创新材料，以实现可持续增长和社会。然而，由生物质制成的塑料碳中和虽然长期以来人们对它作为一种材料寄予厚望，但与石油基塑料相比，它的强度存在问题，因此投入实际使用的并不多。

AIST的催化化学研究中心一直致力于通过在分子水平上适当排列和缩合生物质衍生的功能单体来开发新的聚合物，目的是改善现有生物塑料的物理性能。

请注意，这项研究和开发将解决 2050 年人类社会面临的挑战。该项目是在“RIKEN-AIST 挑战研究”（“新生物质日本综合战略”：首席研究员根本浩二和竹中康正 (RIKEN)）2018 年全面研究的支持下进行的，该项目是一个旨在促进世界只有根据 AIST 和 RIKEN 的基本协议，两个机构之间的合作才能实现第一/世界最好的技术和研发，目的是解决 2018 年可能出现的社会问题。

新开发的交替结构聚合物是米糠木质素中含有羟基肉桂酸（香豆酸、阿魏酸、芥子酸）和蓖麻油的蓖麻油酸）缩合来制备分子，并将该分子缩聚而合成的。通过这种方法，每个分子的均聚物是啊无规共聚物（无规共聚物）作为副产物产生，并且仅获得其中两种类型的功能性单体分子以交替方式规则排列的共聚物。此外，通过实验确认了所得聚合物的结构。仅由蓖麻油酸（PRA）制成的均聚物在室温下是液体，但这次开发的聚合物都是固体，可以使用热压机进行压缩成型。此外，成型后的聚合物薄膜都是无色透明的，并且可以反复折叠。评价机械性能时，香豆酸（P(CA-替代-RA))、阿魏酸 (P(FA-替代-RA))、芥子酸 (P(SA-替代-RA)) 作为部分结构拉伸强度分别为 23 MPa、04 MPa 和 154 MPa断裂伸长率分别为37%、800%以上和585%。结果表明，羟基肉桂酸骨架上甲氧基数量不同的三种聚合物的机械性能存在显着差异，P(CA-替代-RA)表现出拉伸应力弱且容易撕断的性质。 P(FA-替代-RA)在三种聚合物中具有最弱的拉伸应力，但它不易撕裂并表现出良好的伸长率。 P(SA-替代-RA)具有最高的拉伸应力并表现出韧性。另外，拉伸试验后的P(SA-替代-RA) 具有形状记忆特性，导致其在破裂后缓慢收缩，并在一段时间后恢复到原来的尺寸（图 2）。

评价所得聚合物的热物性时发现，P(CA-替代-RA), P(FA-替代-RA), P(SA-替代-RA)玻璃化转变温度（T_g)分别为-15℃、-4℃和24℃，均为PRAT_g(-73℃​​)(图3上)。另外，随着聚合物主链中甲氧基数量的增加T_g往往更高，为分子设计提供重要指导。此外，当评估所得聚合物的热分解行为时，发现PRA样品的约50%在350℃左右分解，并在450℃左右完全分解，而P(CA-替代-RA), P(FA-替代-RA), P(SA-替代-RA)与PRA一样，在350℃左右分解了约50%的样品，但即使在超过450℃的温度下也没有完全分解，最终在500℃左右完全分解，表明新开发的聚合物完全分解的温度高于PRA（图3，底部）。

新开发的聚合物的特点是具有不同的单体骨架，羟基肉桂酸和蓖麻油酸交替存在。此外，所得聚合物的机械和热性能可以通过改变羟基肉桂酸骨架上甲氧基的数量来调节。作为由廉价且丰富的生物质原料制造的“100%生物质聚酯”，有望应用于橡胶材料、包装材料等多种领域，也有望为“12可持续发展目标 17 个目标中的“负责任的生产和负责任的消费”。

今后，我们将继续支持 RIKEN-AIST 挑战研究，以评估生物降解性和其他性能，同时也通过向有意愿的公司提供样品进行合作，以及基于新的分子设计改进实际应用所需的物理性能。

◆缩聚

由单体聚合得到的高分子化合物称为聚合物。缩聚反应是多种单体反复缩合生成聚合物的反应。[返回来源]

◆羟基肉桂酸（香豆酸、阿魏酸、芥子酸）

带有羟基的肉桂酸衍生物。本研究中使用的化合物，例如香豆酸、阿魏酸和芥子酸，是众所周知的。其中，米糠等中含有阿魏酸酯，香豆酸、芥子酸等可以通过对源自木质素的肉桂醇进行化学转化来制备。[返回来源]

◆蓖麻油酸

一种构成蓖麻油的脂肪酸。蓖麻油中所含的脂肪酸酯90%以上是蓖麻油酸甘油三酯。[返回来源]

◆均聚物/共聚物

由一种单体制成的聚合物称为均聚物，由两种或多种单体制成的聚合物称为共聚物。[返回来源]

◆甲氧基

中文₃具有O-结构的烷氧基之一。在本新闻稿中，它被写作MeO-。[返回来源]

◆经济合作与发展组织

一个对话论坛，各国政府可以就常见问题分享经验并共同寻找解决方案。经合组织与各国政府合作，了解推动经济、社会和环境变化的因素，衡量生产力以及全球贸易和投资流量，并分析和比较数据以预测未来趋势（摘自经合组织网站）。[返回来源]

◆碳中和

生产活动单方面排放的二氧化碳₂，生物质是植物生长过程中大气中的CO2₂来生物合成的，所以燃烧时产生CO₂不被视为排放量的增加。[返回来源]

◆木质素

植物细胞壁的主要成分之一。它是由香豆醇、松柏醇、芥子醇等肉桂醇聚合而成的芳香族高分子化合物。[返回参考源]

◆蓖麻油（照片：右）

一种从蓖麻子种子（照片：中）中提取的植物油（照片：左）。其熔点和凝固点较低，约为-22℃，在较宽的温度范围内表现出流动性，因此被用作润滑油等工业用途的原料。[返回来源]

◆无规共聚物（无规共聚物）/交替共聚物（交替结构共聚物）

在共聚物中，单体不规则排列的聚合物称为无规共聚物。例如，由单体A和单体B组成的无规共聚物具有类似-ABBABABAABBBAAAABA-的无序结构。另一方面，具有交替规则结构的聚合物称为交替共聚物（交替结构共聚物）。例如，由单体A和单体B组成的交替结构共聚物的结构为(-ABABABAB-)等规则排列。[返回来源]

◆拉伸强度

拉伸强度是以恒定速度拉伸聚合物等试件时的应力（也称为拉伸应力）。特别地，将试验片断裂时的强度称为断裂强度。[返回参考源]

◆断裂伸长率

聚合物等试件以恒定速度拉伸并断裂时的伸长率。[返回来源]

◆玻璃化转变温度

随着聚合物冷却，其粘度增加，并在经过橡胶态后固化。凝固态（玻璃态）和橡胶态之间的边界温度称为玻璃化转变温度。[返回来源]