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ポリ乳酸の生産・成形加工・高機能化技術
刊行にあたって
ポリ乳酸は生分解性を示すバイオマスプラスチックの代表格である。ポリ乳酸の歴史は古く,1932年にDupont(米)のCarothersにより低分子量ポリ乳酸の合成が報告されている。当時のポリ乳酸は低物性のために産業用途に適さず,工業用途の研究が進まなかった。しかし,生分解性プラスチックに対する社会的要請から再検討され,ポリ乳酸の光学純度の向上や成形技術の改良等によりポリ乳酸の物性が大きく高まった。
本書では,ポリ乳酸の生産や成形加工のみならず,今後の用途開発に重要な高機能化を専門家に執筆していただいた。ポリ乳酸は硬質生分解性プラスチックに分類され,軟質生分解性プラスチックのポリブチレンスクシネートやポリブチレンアジペートテレフタレートと用途が異なる。ポリ乳酸の今後の応用・用途開発には生分解機能のみならず,透明性をはじめとする特性も重要になる。本書がポリ乳酸の機能開発や用途探索の一助になれば幸甚である。
(本書「はじめに」より一部抜粋)
★生分解性プラスチックとして、またバイオマスプラスチックとしても、注目を集めるポリ乳酸(PLA)!
★ポリ乳酸の生産技術、成形加工技術、物性向上・高機能化技術、応用技術を解説!
★ポリ乳酸開発・利用の今後の方向性が見えてくる一冊!
番号
T1254
ISBN
978-4-7813-1764-9
監修
宇山 浩、徐 于懿
発行年月
2024/01/12
体裁
B5判, 203ページ
フォーマット
紙版
定価
68,200 円(本体62,000円+消費税、送料込)
冊数：
執筆者
宇山 浩 大阪大学
徐 于懿 大阪大学
川島信之 三井化学㈱アドバイザー;環境コンサルタント
門多丈治 (地独)大阪産業技術研究所
間瀬暢之 静岡大学
田中千秋 ㈱リコー
根本太一 ㈱リコー
松原公紀 福岡大学
太田誠一 ハイケム㈱
李 永燁 ハイケム㈱
松葉 豪 山形大学
西谷篤郎 日精樹脂工業㈱
大嶋正裕 京都大学
田中孝明 新潟大学
菅原章秀 大阪大学
仙波 健 (地独)京都市産業技術研究所
引間悠太 (国研)産業技術総合研究所
三輪伸浩 ㈱クラレ
武藤正容 大八化学工業㈱
山口政之 北陸先端科学技術大学院大学
位地正年 環境・バイオ・プラスチックリサーチ
黄 秋源 東京大学大学院
木村 聡 東京大学大学院
岩田忠久 東京大学大学院
中山祐正 広島大学
塩野 毅 広島大学
西田治男 プラス-N
附木貴行 金沢工業大学
室谷浩紀 ユニチカ㈱
徐 于懿 大阪大学
川島信之 三井化学㈱アドバイザー;環境コンサルタント
門多丈治 (地独)大阪産業技術研究所
間瀬暢之 静岡大学
田中千秋 ㈱リコー
根本太一 ㈱リコー
松原公紀 福岡大学
太田誠一 ハイケム㈱
李 永燁 ハイケム㈱
松葉 豪 山形大学
西谷篤郎 日精樹脂工業㈱
大嶋正裕 京都大学
田中孝明 新潟大学
菅原章秀 大阪大学
仙波 健 (地独)京都市産業技術研究所
引間悠太 (国研)産業技術総合研究所
三輪伸浩 ㈱クラレ
武藤正容 大八化学工業㈱
山口政之 北陸先端科学技術大学院大学
位地正年 環境・バイオ・プラスチックリサーチ
黄 秋源 東京大学大学院
木村 聡 東京大学大学院
岩田忠久 東京大学大学院
中山祐正 広島大学
塩野 毅 広島大学
西田治男 プラス-N
附木貴行 金沢工業大学
室谷浩紀 ユニチカ㈱
目次
総論 ポリ乳酸開発の歴史と今後の展望 ～生分解性,植物由来,そして新たな機能への期待～
1 はじめに
2 PLAの生産技術開発の経緯と事業開発へのつながり
3 生分解性プラスチックとしてのPLAからの学び
3.1 社会実装に向けたパイロットスケールでの実証試験による信頼性向上と,なにより
環境価値を経済価値に転化することが問われる
3.2 Closed systemならびにOpen environmentともに,用途に応じた使用後の適切な処理と
インフラ整備が必須
4 バイオベースプラスチックとしてのPLAからの学び
4.1 既存品と同じ構造体(バイオPET,バイオPE,バイオPPなど)と,異なる構造体(PLA,
PHAs,PTTなど)に期待される効果と課題を混同してはいけない
4.2 環境に良い製品の進出を阻むものは,環境のために整備された規制や社会システムである
4.3 環境価値をどうやって経済価値に変えていくか
5 最後に
【第Ⅰ編 生産】
第1章 金属フリーの酸塩基有機触媒によるポリ乳酸の精密合成
1 金属フリーの有機重合触媒
1.1 金属を含まない重合触媒
1.2 酵素を模倣した協奏的酸塩基有機触媒
2 酸塩基有機触媒による単分散ポリ乳酸の精密合成
2.1 酸塩基有機触媒の反応機構
2.2 分子量と分子量分布
3 一次構造と物性の制御
3.1 工業材料用途に向けた一次構造と分子量の制御
3.2 末端修飾による耐熱分解性の向上
3.3 長鎖多分岐構造による接着性
4 様々な構造制御ポリ乳酸の精密合成に向けて
第2章 超臨界二酸化炭素を用いた可塑化重合法とポリ乳酸の合成
1 はじめに
2 超臨界流体について
3 超臨界二酸化炭素によるプラスチックの可塑化
4 CO2可塑化重合法(CO2 Plasticizing Polymerization:CPP法)
4.1 超臨界二酸化炭素と有機分子触媒を利用したポリ乳酸の高純度合成技術
4.2 超臨界二酸化炭素を用いた可塑化重合法による高分子量ポリ乳酸の製造
5 おわりに
第3章 アルミニウム錯体を用いたラセミ体ラクチドの開環重合
1 はじめに
2 キラルアルミニウム錯体を用いた立体選択的開環重合-ポリ乳酸のミクロ構造の解明
3 アキラルな配位子を用いたアルミニウム錯体による開環重合-SCM機構とCEM機構
4 その他の配位子を用いたアルミニウム錯体による立体選択的開環重合
5 おわりに
第4章 ポリ乳酸をセグメントとするマルチブロックポリマー
1 はじめに
2 結晶性制御による物性変化
3 形状記憶ポリマー
4 海洋生分解性プラスチック
5 おわりに
第5章 ポリ乳酸の工業生産(中国豊原集団)
1 中国豊原集団とは
2 豊原集団のバイオマス利用の歴史
3 ポリ乳酸製造事業への参入を決めた理由
4 豊原集団のポリ乳酸製造技術の概要
5 豊原集団の原料穀物類の収集における優位性
6 乳酸発酵菌
7 ポリ乳酸樹脂製品の特長及び製品グレード
8 ポリ乳酸成形品の開発現状
9 ポリ乳酸自動車用製品
10 グローバル戦略
【第Ⅱ編 成形加工】
第1章 ポリ乳酸の流動結晶化プロセス
1 序論
2 実験
3 結果と議論
3.1 PLLAについて
3.2 PLLA/PDLAブレンドについて
4 まとめ
第2章 射出成形機によるポリ乳酸の成形性
1 はじめに
2 PLAの成形性
2.1 可塑化
2.2 離型性
2.3 耐熱性
2.4 材料ペレットの結晶化
3 おわりに
第3章 発泡や凍結乾燥プロセスによる多孔質ポリ乳酸の創製
1 はじめに
2 凍結乾燥によるポリ乳酸の多孔質体の創製
2.1 構造形成原理(固液相分離)
2.2 成形手法
2.3 一方向凍結法で形成される多孔質構造
3 物理発泡射出成形によるポリ乳酸の発泡体の創製
3.1 構造形成原理〔気液相分離(核生成現象)〕
3.2 PLAの発泡射出成形
3.3 PLA/セルロースナノファイバー(CNF)の発泡体
4 まとめ
第4章 ポリ乳酸多孔質膜
1 はじめに
2 ポリ乳酸と社会の関わり
3 ポリ乳酸の多孔質化
3.1 発泡法による多孔質化
3.2 ナノファイバー不織布
3.3 水溶性微粒子を用いる多孔質化
3.4 相分離法を用いる多孔質化
4 ポリ乳酸多孔質膜の応用
4.1 医療材料への応用
4.2 分離膜への応用
5 おわりに
第5章 ポリ乳酸多孔質体
1 はじめに
2 ポリ乳酸モノリス
3 おわりに
【第Ⅲ編 高機能化】
第1章 耐衝撃性に優れたポリ乳酸ブレンドポリマー
第2章 高性能ポリ乳酸/セルロース複合材料
1 はじめに
2 セルロース繊維-ミリ,マイクロ,ナノ
3 PLA/竹紛(セルロースミリファイバー)材料に関する検討
3.1 PLAのポリマーブレンドによる特性改善
3.2 PLA/PCL+DCPへの竹紛(セルロースミリファイバー)の添加
4 PLA/CNF複合材料
4.1 京都プロセスによる複合化
4.2 CNF/PLAの特性
5 おわりに
第3章 ポリ乳酸へのセルロースナノファイバー添加による結晶化特性・レオロジー特性の改善
1 はじめに
2 研究動向
3 試料作製
4 レオロジー特性
5 CNF添加による結晶化挙動の変化
6 おわりに
第4章 ポリ乳酸グラフト化技術
1 植物の糖質およびリグニン成分の有効活用
2 ポリ乳酸グラフト化セルロースナノファイバー
2.1 セルロースナノファイバー開始剤
2.2 セルロースナノファイバーへのポリ乳酸のグラフト化
2.3 樹脂補強効果
2.4 耐熱性(寸法安定性)の向上
3 ポリ乳酸グラフト化リグノフェノール
3.1 リグノフェノール開始剤
3.2 リグノフェノールへのポリ乳酸のグラフト化
3.3 分子量未知の開始剤の分子量測定手法
3.4 フィルム化
4 オールバイオマス材料への期待
第5章 ポリ乳酸用伸度・耐衝撃性改質剤
1 はじめに
2 「クラリティ」の特徴
3 「クラリティ」の樹脂改質用途への展開
3.1 PLAの改質
4 まとめ
第6章 ポリ乳酸用可塑剤
1 はじめに
2 可塑剤
3 ポリ乳酸樹脂用可塑剤「DAIFATTY(R)-101」について
3.1 DAIFATTY(R)-101の特性
3.2 DAIFATTY(R)-101の特徴
4 ポリ乳酸樹脂以外の生分解性プラスチックに対する「DAIFATTY(R)-101」の効果について
5 今後の課題と期待
6 おわりに
第7章 異種物質の添加によるポリ乳酸の高性能化
1 はじめに
2 レオロジー特性の制御
3 結晶化速度の向上
4 破壊靭性の改質
5 まとめ
第8章 ポリ乳酸の難燃化技術
1 はじめに
2 プラスチックの燃焼と難燃化
3 ポリ乳酸の燃焼特性と難燃化の検討
4 難燃性ポリ乳酸複合材の開発と電子製品への適用
4.1 水酸化アルミニウムと炭化・ガラス層形成の難燃助剤によるポリ乳酸の難燃化
4.2 難燃性ポリ乳酸複合材の耐久性の実証と電子製品への展開
第9章 生分解開始スイッチ機能を有する酵素内包ポリ乳酸
1 はじめに
2 ポリ乳酸
3 プロテイナーゼK
4 溶媒キャスト法によるPLLAへのプロテイナーゼKの内包
5 熱混錬によるPLLAへのプロテイナーゼKの内包
6 プロテイナーゼKの固定化
7 酵素内包ポリマーの生分解スイッチ機能
8 まとめ
第10章 易分解性構造を導入した海水生分解性修飾ポリ乳酸の開発
1 緒言
2 アルキレンジグリコラートを導入したPLLA-Uの合成
3 PLLA-Uの物理的性質
4 PLLA-Uの生分解性
5 おわりに
第11章 産業廃棄物を利用する海洋生分解性プラスチックの開発
1 はじめに
2 デンプン含有生分解性プラスチック
3 産業廃棄物を活用する海洋生分解性バイオマスプラスチック
4 おわりに
第12章 ポリ乳酸の漁業・農業,建設業への応用可能性
1 はじめに
2 漁業分野への応用 ～海洋付着生物の付着抑制
2.1 フジツボ・ムラサキイガイの着生挙動
2.2 PLAからの乳酸溶出と付着生物の着生抑制
2.3 ポリ乳酸オリゴマー(OLA)含有熱収縮チューブの海洋実証試験
3 農業への応用 ～農機具部材と育苗資材間のケミカルリサイクル
3.1 使用済みPLA製農機具部材のケミカルリサイクル
3.2 再生PLA製育苗ポットを用いたパンジー栽培
4 建設業への応用 ～高架道路合成床版工法における点検孔窓材
4.1 都市高速道路での実地試験
4.2 外的分解作用要因による加速分解試験
4.3 窓材の崩壊に至る時間予測
4.4 諸要因の相乗作用
5 おわりに
第13章 3Dプリンター用ポリ乳酸フィラメント
1 はじめに
2 3Dプリンターおよび3Dプリンター用フィラメント
2.1 3Dプリンター
2.2 3Dプリンター用フィラメント
3 PLAフィラメントの開発
3.1 開発経緯と目標
3.2 PLAのエナンチオマーの影響
3.3 フィラメントの作製方法
3.4 フィラメントの力学的性能
4 最後に
1 はじめに
2 PLAの生産技術開発の経緯と事業開発へのつながり
3 生分解性プラスチックとしてのPLAからの学び
3.1 社会実装に向けたパイロットスケールでの実証試験による信頼性向上と,なにより
環境価値を経済価値に転化することが問われる
3.2 Closed systemならびにOpen environmentともに,用途に応じた使用後の適切な処理と
インフラ整備が必須
4 バイオベースプラスチックとしてのPLAからの学び
4.1 既存品と同じ構造体(バイオPET,バイオPE,バイオPPなど)と,異なる構造体(PLA,
PHAs,PTTなど)に期待される効果と課題を混同してはいけない
4.2 環境に良い製品の進出を阻むものは,環境のために整備された規制や社会システムである
4.3 環境価値をどうやって経済価値に変えていくか
5 最後に
【第Ⅰ編 生産】
第1章 金属フリーの酸塩基有機触媒によるポリ乳酸の精密合成
1 金属フリーの有機重合触媒
1.1 金属を含まない重合触媒
1.2 酵素を模倣した協奏的酸塩基有機触媒
2 酸塩基有機触媒による単分散ポリ乳酸の精密合成
2.1 酸塩基有機触媒の反応機構
2.2 分子量と分子量分布
3 一次構造と物性の制御
3.1 工業材料用途に向けた一次構造と分子量の制御
3.2 末端修飾による耐熱分解性の向上
3.3 長鎖多分岐構造による接着性
4 様々な構造制御ポリ乳酸の精密合成に向けて
第2章 超臨界二酸化炭素を用いた可塑化重合法とポリ乳酸の合成
1 はじめに
2 超臨界流体について
3 超臨界二酸化炭素によるプラスチックの可塑化
4 CO2可塑化重合法(CO2 Plasticizing Polymerization:CPP法)
4.1 超臨界二酸化炭素と有機分子触媒を利用したポリ乳酸の高純度合成技術
4.2 超臨界二酸化炭素を用いた可塑化重合法による高分子量ポリ乳酸の製造
5 おわりに
第3章 アルミニウム錯体を用いたラセミ体ラクチドの開環重合
1 はじめに
2 キラルアルミニウム錯体を用いた立体選択的開環重合-ポリ乳酸のミクロ構造の解明
3 アキラルな配位子を用いたアルミニウム錯体による開環重合-SCM機構とCEM機構
4 その他の配位子を用いたアルミニウム錯体による立体選択的開環重合
5 おわりに
第4章 ポリ乳酸をセグメントとするマルチブロックポリマー
1 はじめに
2 結晶性制御による物性変化
3 形状記憶ポリマー
4 海洋生分解性プラスチック
5 おわりに
第5章 ポリ乳酸の工業生産(中国豊原集団)
1 中国豊原集団とは
2 豊原集団のバイオマス利用の歴史
3 ポリ乳酸製造事業への参入を決めた理由
4 豊原集団のポリ乳酸製造技術の概要
5 豊原集団の原料穀物類の収集における優位性
6 乳酸発酵菌
7 ポリ乳酸樹脂製品の特長及び製品グレード
8 ポリ乳酸成形品の開発現状
9 ポリ乳酸自動車用製品
10 グローバル戦略
【第Ⅱ編 成形加工】
第1章 ポリ乳酸の流動結晶化プロセス
1 序論
2 実験
3 結果と議論
3.1 PLLAについて
3.2 PLLA/PDLAブレンドについて
4 まとめ
第2章 射出成形機によるポリ乳酸の成形性
1 はじめに
2 PLAの成形性
2.1 可塑化
2.2 離型性
2.3 耐熱性
2.4 材料ペレットの結晶化
3 おわりに
第3章 発泡や凍結乾燥プロセスによる多孔質ポリ乳酸の創製
1 はじめに
2 凍結乾燥によるポリ乳酸の多孔質体の創製
2.1 構造形成原理(固液相分離)
2.2 成形手法
2.3 一方向凍結法で形成される多孔質構造
3 物理発泡射出成形によるポリ乳酸の発泡体の創製
3.1 構造形成原理〔気液相分離(核生成現象)〕
3.2 PLAの発泡射出成形
3.3 PLA/セルロースナノファイバー(CNF)の発泡体
4 まとめ
第4章 ポリ乳酸多孔質膜
1 はじめに
2 ポリ乳酸と社会の関わり
3 ポリ乳酸の多孔質化
3.1 発泡法による多孔質化
3.2 ナノファイバー不織布
3.3 水溶性微粒子を用いる多孔質化
3.4 相分離法を用いる多孔質化
4 ポリ乳酸多孔質膜の応用
4.1 医療材料への応用
4.2 分離膜への応用
5 おわりに
第5章 ポリ乳酸多孔質体
1 はじめに
2 ポリ乳酸モノリス
3 おわりに
【第Ⅲ編 高機能化】
第1章 耐衝撃性に優れたポリ乳酸ブレンドポリマー
第2章 高性能ポリ乳酸/セルロース複合材料
1 はじめに
2 セルロース繊維-ミリ,マイクロ,ナノ
3 PLA/竹紛(セルロースミリファイバー)材料に関する検討
3.1 PLAのポリマーブレンドによる特性改善
3.2 PLA/PCL+DCPへの竹紛(セルロースミリファイバー)の添加
4 PLA/CNF複合材料
4.1 京都プロセスによる複合化
4.2 CNF/PLAの特性
5 おわりに
第3章 ポリ乳酸へのセルロースナノファイバー添加による結晶化特性・レオロジー特性の改善
1 はじめに
2 研究動向
3 試料作製
4 レオロジー特性
5 CNF添加による結晶化挙動の変化
6 おわりに
第4章 ポリ乳酸グラフト化技術
1 植物の糖質およびリグニン成分の有効活用
2 ポリ乳酸グラフト化セルロースナノファイバー
2.1 セルロースナノファイバー開始剤
2.2 セルロースナノファイバーへのポリ乳酸のグラフト化
2.3 樹脂補強効果
2.4 耐熱性(寸法安定性)の向上
3 ポリ乳酸グラフト化リグノフェノール
3.1 リグノフェノール開始剤
3.2 リグノフェノールへのポリ乳酸のグラフト化
3.3 分子量未知の開始剤の分子量測定手法
3.4 フィルム化
4 オールバイオマス材料への期待
第5章 ポリ乳酸用伸度・耐衝撃性改質剤
1 はじめに
2 「クラリティ」の特徴
3 「クラリティ」の樹脂改質用途への展開
3.1 PLAの改質
4 まとめ
第6章 ポリ乳酸用可塑剤
1 はじめに
2 可塑剤
3 ポリ乳酸樹脂用可塑剤「DAIFATTY(R)-101」について
3.1 DAIFATTY(R)-101の特性
3.2 DAIFATTY(R)-101の特徴
4 ポリ乳酸樹脂以外の生分解性プラスチックに対する「DAIFATTY(R)-101」の効果について
5 今後の課題と期待
6 おわりに
第7章 異種物質の添加によるポリ乳酸の高性能化
1 はじめに
2 レオロジー特性の制御
3 結晶化速度の向上
4 破壊靭性の改質
5 まとめ
第8章 ポリ乳酸の難燃化技術
1 はじめに
2 プラスチックの燃焼と難燃化
3 ポリ乳酸の燃焼特性と難燃化の検討
4 難燃性ポリ乳酸複合材の開発と電子製品への適用
4.1 水酸化アルミニウムと炭化・ガラス層形成の難燃助剤によるポリ乳酸の難燃化
4.2 難燃性ポリ乳酸複合材の耐久性の実証と電子製品への展開
第9章 生分解開始スイッチ機能を有する酵素内包ポリ乳酸
1 はじめに
2 ポリ乳酸
3 プロテイナーゼK
4 溶媒キャスト法によるPLLAへのプロテイナーゼKの内包
5 熱混錬によるPLLAへのプロテイナーゼKの内包
6 プロテイナーゼKの固定化
7 酵素内包ポリマーの生分解スイッチ機能
8 まとめ
第10章 易分解性構造を導入した海水生分解性修飾ポリ乳酸の開発
1 緒言
2 アルキレンジグリコラートを導入したPLLA-Uの合成
3 PLLA-Uの物理的性質
4 PLLA-Uの生分解性
5 おわりに
第11章 産業廃棄物を利用する海洋生分解性プラスチックの開発
1 はじめに
2 デンプン含有生分解性プラスチック
3 産業廃棄物を活用する海洋生分解性バイオマスプラスチック
4 おわりに
第12章 ポリ乳酸の漁業・農業,建設業への応用可能性
1 はじめに
2 漁業分野への応用 ～海洋付着生物の付着抑制
2.1 フジツボ・ムラサキイガイの着生挙動
2.2 PLAからの乳酸溶出と付着生物の着生抑制
2.3 ポリ乳酸オリゴマー(OLA)含有熱収縮チューブの海洋実証試験
3 農業への応用 ～農機具部材と育苗資材間のケミカルリサイクル
3.1 使用済みPLA製農機具部材のケミカルリサイクル
3.2 再生PLA製育苗ポットを用いたパンジー栽培
4 建設業への応用 ～高架道路合成床版工法における点検孔窓材
4.1 都市高速道路での実地試験
4.2 外的分解作用要因による加速分解試験
4.3 窓材の崩壊に至る時間予測
4.4 諸要因の相乗作用
5 おわりに
第13章 3Dプリンター用ポリ乳酸フィラメント
1 はじめに
2 3Dプリンターおよび3Dプリンター用フィラメント
2.1 3Dプリンター
2.2 3Dプリンター用フィラメント
3 PLAフィラメントの開発
3.1 開発経緯と目標
3.2 PLAのエナンチオマーの影響
3.3 フィラメントの作製方法
3.4 フィラメントの力学的性能
4 最後に