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用語解説

 植物や動物といった生物由来の原料である「バイオマス」からつくられる生物由来のポリマーを「バイオベースポリマー」と呼ぶ。このポリマーを成形材料としたものを「バイオマスプラスチック」とも言う。このうち植物が原料のものを「植物性樹脂」と称するなど様々な名前が付けられている。

 特徴は,第一に有限の資源である石油を使わずに,再生可能な資源を使うこと,第二に土壌や水中の微生物により生分解され,環境中の二酸化炭素を増やさないことから環境に負荷を与えない,の2点である。特に,バイオベースポリマーが分解したり,燃やしたときに発生する二酸化炭素は,原料の植物がもともと空気中にあったものを吸収したものなので,二酸化炭素排出量に見なされない「カーボンニュートラル」な材料である。このため,地球温暖化を防止する観点からも注目されている。

 なお,生分解性をもったポリマーを「生分解性ポリマー」または「生分解性プラスチック」と呼び,多くはバイオベースポリマーであるが,一部石油由来のポリマーも開発されている。これらの環境負荷を与えないプラスチックを総称して,「グリーンプラスチック」と言うこともある。

微生物由来,化学合成,天然物の三種に大別

 バイオベースポリマーは,(1)細菌などの微生物が産出する「微生物由来高分子」,(2)でんぷんなどの発酵による原料から化学合成する「化学合成高分子」,(3)天然物をそのまま使う「天然物利用高分子」の三種に大別できる。

 第一の微生物由来高分子の代表は,ポリ-3-ヒドロキシ酪酸(PHB)である。脂肪族ポリエステルの一種で,融点が175℃の結晶性ポリマーだ。通常は,他の高分子と共重合させることにより特性を向上して使われる。製法としては,水素細菌を使った発酵によって作られることが多い。

 第二の化学合成高分子の代表は,ポリ乳酸である。でんぷんの発酵によって合成されるモノマーであるL-乳酸を重合させてつくられる。また,生物由来ではないが,石油系の原料から合成されるポリカプロラクタムやポリコハク酸ブチレンなどの脂肪族ポリエステルは生分解性プラスチックであり,「グリーンプラスチック」という面では同じ概念で扱われることもある。

 第三の天然物利用高分子は,自然界が作り出した天然物をそのまま材料として利用するもの。でんぷん,セルロース,カニやエビの甲羅などの成分であるキチン・キトサン,ケナフ,天然ゴムといった高分子がある。

 このうち,もっとも大量生産が進み,工業材料として実用化が進んでいるのがポリ乳酸である。とうもろこしを原料にして安価にL-乳酸を発酵生産するプラントが相次いで立ち上がっている。成形材料として通常の溶融成形が可能であり,自動車や家電など向けのエンジニアリング用途にも使われつつある。延伸工程も適用できることからフィルムとての用途開拓も進んでいる。

供給・開発状況
2005/11/25

《供給動向》ポリ乳酸の増産相次ぐ

 工業用材料として量産プラントが立ち上がっているのはポリ乳酸である。最大手メーカーは,米Cargill-Dow社であり,米国に年産14万tのポリ乳酸生産プラントを設立した。日本ではトヨタ自動車が島津製作所からポリ乳酸事業を引き継ぎ,2004年には年産1000tの実証プラントの建設に踏み切った。トヨタは,2005年開催の「愛・地球博」でポリ乳酸を多用するなど,環境対応素材として盛んにアピールしており,自動車向けにも採用を検討している。

 トヨタ以外でも,東レ,三井化学,大日本インキ化学工業,東洋紡績などがポリ乳酸事業に参入しており,今後生産量が急増する可能性が出てきた。中でも,東レは2004年年12月にカネボウ合繊のポリ乳酸事業を部分的に買収し,同事業を強化している。各社が狙うのは,増産と共に採用が広がり,石油系の汎用樹脂との価格差が縮まり,さらに市場が拡大する,という好循環になることである。

《開発状況》ポリ乳酸の特性向上,用途開拓盛ん

 ポリ乳酸の欠点である耐熱性と耐衝撃性を向上させようという検討が盛んになってきた。現状の実用域にある材料では,石油系のエンジニアリングプラスチックや植物由来の繊維「ケナフ」などを複合化して特性を向上させているが,ポリ乳酸の結晶構造や分子構造に踏み込んで特性を向上しようという研究が活発化している。2005年11月15~16日に開催された「第14回ポリマー材料フォーラム」(主催:高分子学会)では,各社の特性向上の取り組みが発表された。

 日産化学工業と群馬大学のグループ,および旭電化工業は,ポリ乳酸の耐熱性が低い原因である結晶化の遅いことを改善させる核剤を開発した,と発表した。 

 日産化学工業と群馬大学のグループが発表したのは,核剤としてメラミン系化合物またはフェニルホスホン酸金属塩を活用するというもの。メラミン系化合物としては,メラミンシアヌレート「MC-600」,ポリビン酸メラミン「PMP-100」を使い,フェニルホスホン酸金属塩としては,フェニルホスホン酸亜鉛塩「PPA-Zn」,同カルシウム塩「同Ca」,同マグネシウム塩「同Mg」を使い,それぞれに結晶化を促進させる効果があることを確認した。  

 一方,旭電化工業が発表したのが,核剤としてセバシン酸ジ安息香酸ビドラジド「ADK-NA」を利用するもの。同核剤を添加することによって,耐熱性が大幅に向上できるほか,成形サイクルタイムも短縮できることを確認したという。

 また三菱レイヨンは,ポリ乳酸の透明性を生かしながら耐熱性/耐衝撃性を向上させる手法を発表した。ポリ乳酸を,ポリ乳酸と相溶性の良いポリメタクリル酸メチル(PMMA)とアロイ化して耐熱性を向上させた。また,アクリル系のゴムから成るコア部分を,ポリ乳酸と相溶性の良い樹脂のシェルで包んだコア/シェル型の改質剤を開発した。同改質材を添加することにより,耐衝撃性も向上することを示した。

ノート・パソコン,携帯電話の筐体に採用へ

 ノートパソコン,AV機器,携帯電話の筐体にポリ乳酸や天然物由来のプラスチックを使う動きが出てきた。

 例えば,富士通は,ポリ乳酸とポリカーボネート(PC)を約半分ずつ混ぜ合わせた樹脂を2005年春モデルのノートパソコン「FMV-BIBLO NB80K」の筐体に採用した(図1)。富士通と富士通研究所,東レの3社で共同開発したもの。東レが植物性樹脂とPCを複合化した樹脂ペレットを供給し,富士通の関連会社で射出成形している。開発した樹脂の特性は,耐熱性が85℃,引っ張り強さが65MPa,引っ張り破断伸びが60%,曲げ強さが100MPa,曲げ弾性率が4.4GPaと筐体に使えるレベルまで特性を向上させた。

 特性を上げるためにPCを半分加えたために生分解性については犠牲になっているが,同社が強調するのは,製品のライフ・サイクル全体での二酸化炭素の排出量。回収した樹脂を焼却するサーマル・リサイクルの場合で,従来の樹脂に比べて約15%削減できるという。

 携帯電話の筐体に採用して注目されたのがNTTドコモである。ポリ乳酸にケナフ繊維を複合化して耐熱性や強度を向上させた材料を筐体に使った試作機を開発した。材料そのものは,NECが開発したもので,同社はNECは既にノート・パソコンの一部に使い始めている。NTTドコモは,愛知万博会場でNTTドコモの社員の連絡用に使った後,その使用結果を基に商品化の検討を進めている模様だ。

ニュース・関連リンク

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