バイオベースポリエステルの基本構造。 右上は調製したフィルム。この種のポリマーは定量的なケミカルリサイクルが可能（アルコールとのトランスエステル化）。右下図は、今回開発した植物油とグルコースなどから誘導されるバイオベースポリエステルの基本構造。

触媒でポリマー合成、強度・伸びに優れた再生利用ポリエステルを開発

ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）に於いて、東京都立大学大学院理学研究科の野村 琴広 教授らの研究グループは１０月５日、大阪産業技術研究所 森之宮センター 物質・材料研究部の平野 寛 部長らの研究チームと共同で、非可食の植物資源から、分解・リサイクル可能で、汎用プラスチックより柔軟で強度に優れるバイオベースポリエステルを開発したことを発表した。

分解・リサイクル可能な高機能サステイナブルプラスチックの開発は、サーキュラーエコノミーの実現のための重要課題だ。植物油から誘導されるバイオベースポリエステルは、ポリエチレンなど石油由来の汎用オレフィン系ポリマーの有望な代替材料になると期待されている。しかし引張強度や破断伸びといった要求される機械特性を超える高機能材料の開発例は、過去には殆ど存在しなかった。

今回の研究グループは、非可食の植物油とグルコースなどから誘導されるポリエステルに注目。今までの重縮合法の懸案であった高分子量の（鎖長の長い）ポリマー合成法として、高性能なモリブデン触媒を用いたオレフィンメタセシス重合法を開発した。

今回開発したバイオベースポリエステルと汎用プラスチックとの機械特性（引張強度と破断時伸び）の比較。引張特性への分子量効果が顕著で（図中○が今回開発したポリエステル）、柔軟で強度に優れる物性を示す。Mn はポリマーの（数平均）分子量。一般的に破断するまでの強度と伸びは二律背反関係にある。

通常は分子量の増加と破断するまでの強度と伸びは二律背反関係にあるが、今回得られたポリマーフィルムの機械特性は、分子量の増加とともに向上し、汎用プラスチックより優れた特性を示すことを同研究で明らかにし、結果、分解･リサイクル可能で、汎用プラスチックよりも優れた引張強度や破断伸びを示すバイオベースポリエステルの材料開発に初めて成功したことになる。

セルロースナノファイバーを始めとする天然由来の繊維との複合化によるフィルム特性の改良や高強度化などが可能で、サーキュラーエコノミーを指向したプラスチック材料の研究開発における大きなブレークスルーになると期待される。

ちなみにＪＳＴはこの領域で、外部刺激により材料を自在に分解する手法を開発すると共に、分解を自在に制御できる材料の開発、それら材料の階層構造制御による高機能化に関する研究。

また材料に於ける環境に優しい劣化や安定化の制御法の開発を通じて、材料の分解・劣化・安定化の精密制御を達成し、究極の相反する物性である分解性と安定性の自在制御が可能なサステイナブル材料開発のための精密材料科学の確立を目指している。

従って同研究課題では、豊富な非可食植物資源からのバイオベースポリエステル・アミドの精密合成と高機能材料の開発、ポリマー分解によるモノマーや機能化学品の合成を可能とする高性能触媒の開発に取り組んでいる最中にある。

なお今回の研究成果は、２０２３年１０月４日（米国東部時間）に米国化学会誌「ＡＣＳ Ｍａｃｒｏ Ｌｅｔｔｅｒｓ」のオンライン版で公開された。また同成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られた。

戦略的創造研究推進事業 チーム型研究（ＣＲＥＳＴ）
– 研究領域
「分解・劣化・安定化の精密材料科学」（研究総括：高原 淳 九州大学 ネガティブエミッションテクノロジー研究センター 特任教授）
– 研究課題名
「機能集積型バイオベースポリマーの創製・分解・ケミカルリサイクル」
– 研究代表者
野村 琴広（東京都立大学大学院理学研究科 教授）
– 研究期間
令和３年１０月～令和９年３月