微生物由来の透明スーパーエンプラおよびその炭素繊維複合材料北陸先端科学技術大学院大学マテリアルサイエンス研究科准教授金子達雄 1 従来技術とその問題点既に実用化されている透明プラスチックには、 PMMAやポリカーボネート等があるが、結晶成分が無いために・耐熱温度がせいぜい１５０℃程度・力学強度がせいぜい６０MPa程度等の問題があり、広く利用されるまでには至っていない。また、次の問題もある。・再生可能ではなく地下資源枯渇に伴い、価格が急騰する危険をはらんでいる 2 新技術の特徴・従来技術との比較 • 従来技術の問題点であった、透明樹脂の熱力学的性能を改良することに成功した。 • 従来は耐熱性の点でDVDなどの使用に限られていたが、300℃を超える耐熱温度となったため、電子ペーパーの絶縁体などに使用することが可能となった。 • 発酵技術の適用により、原料コストが1/100～ 1/10程度まで削減されることが期待される。 3 コストと耐熱温度発酵生産物 http://www.satotekkou.co.jp/technical/plastic_data.php Heat-resistance of plastics is an additional values 4 ポリイミド工業用プラスチックの代表格芳香族ポリイミドは最も広く利用されるスーパーエンジニアリングプラスチック一方、バイオ由来のものは無いイミド環結合石油由来の現用ポリイミドは高価で生産量も比較的低い芳香族ポリイミド生産量8700t/年平均価格11494円/kg 汎用エンプラ：ポリカーボネート 39万トン/年汎用プラ：ポリエチレン 200-300万トン/年 430円/ｋｇ 146円/ｋｇ人工甘味料の原料（ﾌｪﾆﾙｱﾗﾆﾝ） 20-70万トン/年 2,000円/kg フェニルアラニン生産は日本のお家芸ポリイミドを低コストで生産出来る可能性がある 5 新規モノマー濃塩酸 a-トルキシル酸 (anti H-T dimer) 単結晶 4軸X線回折により得られた構造 6 より高耐熱を目指して PAA D PI 様々なポリイミドも合成できた 7 バイオアラミドとバイオポリイミド分子量：Mw 21000 (Mw/Mn 2.1) n =1.65 ガラス転移温度 10%重量減少温度屈折率複屈折率ヤング率最大荷重破断伸び Tg = 273 oC (Ts 270 oC) Td = 370 oC n =1.65 0.018 E = 11.6 GPa s = 356 MPa e = 1.07 硫酸、トリフルオロ酢酸, DMF, DMAc, NMP, DMSOに溶解ガラス転移温度 10%重量減少温度屈折率複屈折率ヤング率最大荷重破断伸び Tg > 350 oC （Ts 310 oC ) Td = 390 oC n =1.60 0.11-0.09 E = 10.0 GPa s = 76 MPa e = 1.82 硫酸とトリフルオロ酢酸に溶解 8 バイオポリイミドの諸物性 Polymers Density (g.cm-3) s (MPa) Eint (GPa) Elongation (%) PI-1 1.20 75 6.62 10.01 3.68 PI-2 1.26 81 7.67 PI-3 1.15 PI-4 Specific strength (MPa.cm3.g-1) Specific modulus (GPa.cm3.g-1) Refractive index 1.82 0.28 63 8.4 1.60 (Ve 55) 4.33 1.13 2.07 0.01 64 3.4 1.65 89 9.24 8.02 1.19 2.48 0.12 77 7.0 1.65 1.21 96 3.38 5.65 0.98 4.59 0.66 79 4.7 1.65 PI-5 1.32 48 0.75 4.24 0.18 1.72 0.33 36 3.2 1.65 PI-6 1.23 98 5.71 13.39 3.03 4.49 0.43 80 10.9 1.64 PI-7 1.24 71 2.14 4.36 0.55 2.42 0.43 57 3.5 1.65 PI-8 1.31 90 5.30 4.77 0.75 3.31 0.32 69 3.6 1.64 Kapton 1.46 65 8.14 2.84 0.31 13.93 3.14 45 1.9 1.66 ODA-CBDA 1.33 ND ND ND ND ND 1.62 9 想定される用途 • 本技術の特徴を生かすためには、透明かつ高耐熱ということに注目すれば、ガラス代替としてのメリットが大きいと考えられる。 • 例えば、自動車などの輸送機器の透明部品である。 • また、カプトンの三倍にもなる高絶縁破壊耐性に着目すると、電子ペーパーにおける絶縁体に展開することも可能と思われる。 • さらに、CFRP化も可能であることを確認しており、輸送機器のボディなどへの応用も想定できる 10 実用化に向けた課題 • 現在、生産量について10g程度のスケールで可能なところまで開発済み。しかし、これ以上のスケールで合成しサンプル試験を行う必要があるが、この部分が未解決である。 • 今後、よりスケールアップを行い、大きな試験片で実験データを取得し、ガラス代替に適用していく場合の条件設定を行っていく。 11 企業への期待 • 未解決のスケールアップについては、化学企業の技術により克服できると考えている。 • １）発酵生産の技術、２）光反応の技術、３）モノマーおよびポリマー生産の技術、を持つ企業との共同研究を希望。 • 電子ペーパーを開発中の企業、その他ガラス代替分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。 12 本技術に関する知的財産権発明の名：称出願番号：発明者：出願人：発明の名：称出願番号：発明者：出願人：複合材料特願2014-175363 （出願日：H26年8月29日）金子達雄、立山誠治、野田鷹裕国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学モノマー化合物及びこれを用いた高分子材料特願2011-252006 （出願日：H23年11月17日）金子達雄・宮里朗夫・立山誠治・スヴァンナサラプルエトチッカ・岡佑季国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 13 お問い合わせ先（必須）国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学産学官連携総合推進センター中田(産学官連携コーディネーター・URA) ＴＥＬ 0761－51 － 1070 ＦＡＸ 0761－51 － 1427 e-mail [email protected] 14