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プラスチック補強用アセチル化リグノCNFの生分解性を確認 ~環境配慮型の高強度プラスチック複合材料の開発に期待~

 国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と同 産業技術総合研究所(産総研)は2019年8月8日,産総研安全科学研究部門環境暴露モデリンググループ 梶原 秀夫研究グループ長が,京都大学大学院生存圏研究所 矢野 浩之教授と連携し,セルロースナノファイバー(CNF)の一種である,アセチル化リグノCNFが,高い生分解性を持つことを見いだしたことを発表した.この成果は,生分解性プラスチックをアセチル化リグノCNFで補強することによる,高強度の生分解性プラスチック複合材料の開発につながり,生分解性プラスチックの高強度化が実現し,最近注目されている海洋プラスチックごみなどの環境問題の解決にも貢献することが期待されるとしている.本研究は,NEDOプロジェクト事業「非可食性植物由来化学品製造プロセス技術開発/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/セルロースナノファイバーの一貫製造プロセスと部材化技術開発/CNF安全性評価手法の開発」(事業期間:2013~2019年度)の一環として行われた.上記成果は2019年6月3日から7日までに幕張メッセ国際会議場(千葉県千葉市美浜区)で開催されたナノセルロース分野では世界最大の国際会議「2019 International Conference on Nanotechnology for Renewable Materials(TAPPI Nano 2019)」で発表された.

 当該NEDOプロジェクトでは,木質バイオマスを原料とし,鋼鉄の1/5の軽さで5倍以上の強度を備えるセルロースナノファイバー(CNF)の技術開発を推進しており,具体的には,樹脂への分散性や耐熱性に優れた高機能リグノCNFの一貫製造プロセスや,リグノCNFを用いた自動車部品などの部材化に関する技術開発を行っている.

 本プロジェクトにおいて京都大学は,原料である木材や竹などの木質バイオマスからリグノパルプを製造し,それを化学処理(アセチル化処理)後に,樹脂と溶融混練して,高耐熱CNF強化樹脂材料を連続的に製造する一貫プロセス(京都プロセス)を開発している.アセチル化リグノパルプが溶融混練時にナノ化し樹脂中に均一に分散することで,高性能のプラスチック材料を効率的に製造できるものである.

 一方,産総研は,CNFの安全性評価手法の開発を進めてきた.京都プロセスに於ける,アセチル化処理(CNF表面の水酸基の一部をアセチル基に置換する)を行ったアセチル化リグノCNFは,処理を行っていないCNFに比べて疎水性が高くなっているため,生分解性の著しい低下が懸念され,化学物質審査規制法で定められている生分解性試験を実施した.この試験法は,活性汚泥(30mg/L)と対象試料(100mg/L)を入れた25±1℃の培地における28日間の生物学的酸素要求量(BOD)を測定するものである.その結果,生分解度は89±4%という値が得られた.これは,被験物質を「良分解性」と判定する際の基準である60%よりも十分大きな値であり,アセチル化リグノCNFは,一般環境中において容易に微生物による分解を受けるものであることが分かった.なお,プラスチックと複合化したアセチル化リグノCNFは,プラスチックの中では生分解して補強性を低下させることはなく,生分解性プラスチックを補強した場合,プラスチックが環境中で生分解して初めて,アセチル化リグノCNFも生分解を受けることになるという.

 今後は,アセチル化リグノCNFのアセチル基の置換度を変化させて海水中の生分解性の評価を行い,海洋プラスチック問題の解決に貢献するとともに,バイオマス由来材料の一層の利用促進を目指すとしている.