京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

　精密ラジカル重合の一つである可逆的付加開裂連鎖移動機構に基づくRAFT重合は、対象モノマーが広範囲であることや、極性溶媒中での重合など幅広い重合条件下において構造の明確なポリマーの精密合成が可能です。また、原子移動ラジカル重合（ATRP）とは異なり遷移金属触媒痕が生成物に残存することがないため、電子材料やバイオメディカル分野での利用に有効であると期待されます。一方、二種以上のモノマーのone-pot重合で得た共重合体においては、組成にバラツキがあると、組成の偏りによって溶解特性が異なるなど、実用的な観点からも問題が生じる場合があるため、組成が均一でかつ分子量分布の狭い多成分系共重合体の合成が重要です。本研究では、RAFT重合による組成均一共重合体の合成を目的としています。さらに、RAFT重合で得たポリマーは末端に連鎖移動剤であるRAFT剤の残基を有しているため、この官能基変換によって新たな末端官能性ポリマーを創出できると期待されます。

■研究の概要

　繊維に高エネルギーの電子ビームを照射すると、瞬時に繊維表面および内部にラジカル活性種が発生します。これをアクリル系、メタクリル系モノマーに接触させると固体表面からモノマーが重合し、まるで挿し木（グラフト）のように成長します。成長したグラフト鎖は、モノマーの構造によって難燃性、撥水性などの機能を発現するため、モノマーを選ぶことで任意の機能性を繊維に付与することができます。もちろん、繊維だけでなく高分子フィルムやプレートにも応用可能です。また、電子ビームはグラフト重合だけでなく、照射するだけで高分子どうしが架橋したり、架橋剤を併用することでさらに強く橋架けしたりすることで、強度や熱安定性などの物性が改質されます。

■研究の概要

　物質や材料にフッ素原子を導入すると、様々な機能が生まれます。
　●耐薬品性・耐熱性・耐候性
　●撥水撥油性・防汚性・低屈性率・非粘着性
　●薬効の増大および選択性の向上
　フッ素化合物は、他の元素では見られないフッ素原子に特有な効果によって上記のような機能を発現するため、多分野で幅広く活用されています。医農薬、液晶材料等のほか、最近では燃料電池の電解質膜への応用が極めて期待されており、今後ますます大きな需要が期待される化合物です。しかし、フッ素原子の特異性のために、既存の有機合成手法では、目的のフッ素化合物を調達することがしばしば困難です。我々はこの点に着目して、より安価な材料から、様々な分野のニーズに応えられるような高付加価値のフッ素中間体をより簡単に合成する手法の開発を行っています。

■研究の概要

　高分子物質は今日の現代社会を支える基盤材料の1つとして、大変重要な役割を担っています。高分子は分子構造を的確に制御することにより、精緻で多様な特性や機能を発揮できます。そのため、IT分野、エネルギー分野、生活・環境分野等さまざまな分野で高分子の活躍が益々期待されています。そこで反応性オリゴマーの化学を中心に、新構造高分子の設計と機能化、物質表面の制御と機能化、有機－無機複合材料開発について研究しています。

■研究の概要

　プラスチックは我々の暮らしを取り巻く生活基盤材料です。プラスチックの多くは石油を原料としています。一方、バイオマスを原料としたバイオプラスチックが注目されています。それらは化学合成では得難い特殊な構造を有しており、既存のプラスチックとは異なる物性を示します。これらバイオプラスチックの原料は微生物発酵により生産できます。本研究では、ポリビニルの原料であるビニルモノマーをバイオマスから効率的に発酵生産するためのバイオプロセス技術の開発に取り組んでいます。

■研究の概要

■背景
・自然環境との共存を目指して、自然環境に影響の少ない小さな分子にまで自然分解させることのできる『生分解性プラスチック（グリーンプラ） 』が開発されています。
・『光による分解』もまた、自然の力を生かした処理法として有用と考えられます。
・生分解性と光分解性も併せ持つことによって、相乗効果による分解性の向上、分解速度のコントロール、分解範囲の限定といったそれぞれの目的に合わせた分解制御が可能となります。
■目的
・本研究は、生分解性高分子に光増感剤を加えた系に対して、光を照射したのちに生分解試験を行うことで、生分解性に対する光照射の効果を明らかにし、より効率の良い生分解プラスチックを開発することを目的とします。
■内容
・一般に脂肪族飽和ポリエステルは、高い生分解特性を示しますが（図1の①）、可視光や紫外線を吸収する官能基を持たないため、光分解を起こしにくいです（同②）。しかし、ある種の光増感剤を加えると、増感剤が光を吸収して光イオン化することで（同③）、放出された電子が媒体のポリエステルに捕捉されてエステルラジカルアニオンが生じ（同④）、続いて主鎖が分解することでポリマー主鎖の切断反応が起こります（同⑤）。
・優れた生分解性を示す脂肪族系直鎖状ポリエステルであるPBS/PBTオリゴマーやポリ乳酸を対象に（図2）、それぞれ光増感剤TMPDを添加して生分解試験を行ったところ、事前に光増感剤を加えて光照射することで、いずれも生分解性が格段に向上しました（図3(a)および(b)）。
・光反応で生じるラジカル中間体を電子スピン共鳴法（ESR）を用いて調べたところ、光増感剤の光イオン化によって放出された電子が（図4③）、電子親和性に富むエステル部位に捕捉されてエステルラジカルアニオンを生じ（同④）、これを開始剤として主鎖切断反応が起き（同⑤）、分子量が低下したり（同⑥）、時にはマクロモノマーとなって他の分子と結合して分子量の増加を示すことがわかりました（同⑦）。
・生分解性が光照射によって向上したのは、光分解によってあらかじめ主鎖の分解が進んでいたため、酵素による分解が速くなったと考えられました。
■応用
・コンポスト化に対する補助力：生分解速度の遅いポリマーの分解速度を、光照射によって促進させます。
・溶媒に不溶なネットワークポリエステルを分解して、可溶化させます。
■将来展望
・生分解速度の制御：うまく光照射を行って、材料の一部分だけを速く分解させることで、「特定の構造を保ちながら分解しつつも、最後には全体が崩れる」など、コントロールされた分解様式を設計することが可能。
・ポリマーの側鎖へ光増感官能基を結合させ、光・生分解の両機能性を持つ単体の材料を作ります。
・より効率よく電子放出を行う光増感物質の探求。
・酸化チタンTiO?など、環境に負荷の低い光触媒を応用。