ダイセルは、海水での生分解性に優れたプラスチックを開発した。酢酸セルロース(アセチルセルロース)「CAFBLO」で、2021年9月にテュフ・オーストリアによる海洋生分解性の国際認証「OK biodegradable MARINE」を取得*1。酢酸セルロースの従来品よりも生分解しやすく、しかも物性は従来と同等に保てる化学構造を見いだした(図1)。仮に製品が海へ流出しても、1年以内程度で分解して、海洋マイクロプラスチックごみになりにくいと期待できる。
高い生分解性を確保
海水は土壌やコンポストに比べて微生物が少なく、温度が上がりにくいため、プラスチックの生分解が進みにくい。ただし酢酸セルロースは、もともと生分解性が比較的高い*2。
その理由は、酢酸セルロースの構造にある。酢酸セルロースは、木材(植物)の主要成分であるセルロースの分子に含まれる水素の一部が、酢酸分子の主要部であるアセチル基に置き換わった物質(図2)。エステル加水分解酵素がある自然環境下ではアセチル基が外れ、酢酸とセルロースに戻る。そして、セルロースは木材同様に生分解されて水と二酸化炭素に変わる。酢酸はもともと自然界に存在する。
そこで「海洋生分解性の認証が取れればよいのに、と顧客によく言われた」(新規CA事業構築プロジェクト プロジェクトリーダーで農学博士の樋口暁浩氏)。従来品は数年で分解するが、6カ月以内に90%以上(絶対的または基準物質に対して相対的)が生分解しなければならない、といったOK biodegradable MARINEの厳しい基準までは満たせなかった。
そこで、ダイセルは20年から海水中での生分解性を高める開発に取り組み始めた。生分解性を高める、つまり酢酸とセルロースに戻るまでの時間を短縮する方法としては、アセチル基の量を減らすのが1つの手だ。
セルロース分子はグルコース環が長くつながった構造であり、個々のグルコース環にはアセチル基を付けられる場所が3カ所ある。通常はアセチル基が3個付いたグルコース環と、2個が付いたグルコース環が混在する。
この平均個数をアセチル基総置換度(DS)といい、2と3の中間の値になる。ダイセルの既存製品「LTシリーズ」はDSが2.9で、トリアセテート(三酢酸セルロース)と呼ぶ*3。DSが2.5の「Lシリーズ」はジアセテート(二酢酸セルロース)と呼んでいる。
実験でDSを下げたものを作ると、ある値のところで生分解性が急激に高まる。ダイセルはこの値を明らかにしないが「2.5よりも低いところを探した」(同氏)*4。さらに分子量も調整し、分解性と材料としての品質を両立した(図3)。