近年、新しく生まれつつある数多くの新規バイオプラスチックに関する最新情報を提供すると共に、それらの基本特性や潜在的可能性について言及する。また、現時点で最も実用化が進んでいるポリ乳酸のさらなる高性能・高機能化材料設計技術とその応用に関して紹介する。
- バイオプラスチックの基礎と最新動向
- 地球環境・資源・廃棄物問題
…自然界が有する真のリサイクルシステムである炭素循環にリンクすることの重要性
- バイオプラスチックの分類…日本バイオプラスチック協会 (JBPA) 識別表示制度
- グリーンプラとバイオマスプラの違い
- 原料由来と生分解性を基軸とする4象限分類法
- 新規バイオプラスチックの台頭 …基本特性とメーカー動向について
- バイオポリオレフィン (HDPE, LLDPE, LDPE, PP)
- バイオポリカーボネート (イソソルバイド系)
- バイオポリアミド (PA4, PA410, PA56, PA510, PA610, PA11, PA10T, ポリ尿素)
- バイオポリエステル (PHA, PGA, PBS, PBAT, 高L組成PLA, sc-PLA, 完全bio-PET, PPT, PEF)
- 素材の選定評価基準・方法について …具体例について考察する
- 生分解性と植物性はどちらが重要か?
- 最も歴史の古いPHA系が伸びない理由とは?
- sc-PLAははたしてPLAの本命となり得るのか?
- 将来完全bio-PETが出てくれば、そもそもPLAなど全く必要なくなるのか?
- 石油系PSを置き換えうる可能性の最も高いバイオプラスチックは何か?
- 高ガスバリア性バイオポリエステルのPGAとPEFはどちらが本命か?
- バイオポリカーボネートは既存石油系ポリカーボネートを置き換えうるか?
- 数多いバイオポリアミドの中で将来の本命候補となるのは?
- bio-PEとPBS, PBATは競合するのか,それとも棲み分けるのか?
- 市販bio-PEが既存石油系PEと品質・性能や成形加工性が同じでない理由は?
- バイオプラスチック原料ソースの多様化 …食料資源 (デンプン) から非食料資源 (セルロース) へ
- ポリ乳酸の高性能・高機能化材料設計指針
- ポリ乳酸を選択する理由
- 基本特性…100%植物由来の完全生分解性プラスチック
- 2段階2様式の特異的生分解機構
…耐久性構造材料 (非生分解性) とバイオリサイクル材 (生分解性) の双方に展開が可能
- 優れた物理的・化学的・生物学的性質…強度、透明性、耐水・耐油性、安全性
- ポリ乳酸単独系
- 結晶性高分子の成形加工プロセスにおける結晶化
- 融点からの降温冷却過程における溶融結晶化…射出成形、押出成形、ダイレクトブロー
- 室温からの再昇温過程における冷結晶化…真空・圧空成形、ビーズ発泡
- ポリ乳酸ベースレジンの選択と結晶化ダイナミクス
- ステレオコンプレックス型ポリ乳酸 (sc-PLA)
- 高L組成ポリ乳酸 (highly LLA-rich PLA)
- 結晶化速度、結晶化度、融点のD体含量依存性
- 結晶化温度依存性…低温成形と成形加工性向上
- 非等温結晶化…冷却速度依存性
- 結晶化促進添加剤の成形加工分野別選択指針…耐熱性、成形加工性、寸法安定性
- 結晶核剤・・・射出成形、真空・圧空成形
- 架橋剤・・・射出成形、押出・発泡・ブロー成形
- マルチ機能改質剤*・・・射出成形、真空・圧空成形
* ポリグリセリン脂肪酸エステル (PGFE)
…1%の添加量で耐熱性 (成形加工性、寸法安定性) と耐衝撃性 (可塑性) の同時向上 (両立) は可能か?
- 長期耐久性 (耐加水分解性) …残留ラクチド、カルボキシル末端基封鎖技術
- 耐衝撃性…可塑・柔軟剤、フィラー
- 難燃性…難燃材/ベースレジンの選択
- ガスバリア性…ガスバリア層の導入 (共押出、コーティング)
- ポリマーアロイ系 …代表的各社グレード一覧表 (PC/PLA, ABS/PLA, PP/PLA等)
- PLAの選択…高結晶性or低結晶性、耐久性処方の有無が最終性能に影響
- 相手ポリマーの選択理由…難燃性、耐衝撃性、成形加工性、柔軟性、透明性
- 相溶化剤の分子設計…相溶性/非相溶性バランス、過剰な相溶性は結晶化阻害
- 相分離ドメインサイズ…ナノ～ミクロン
- 植物度…最低25% (JBPAバイオマスプラ認証基準)
- 最新の実用化例 (写真等で紹介) …農林・園芸・土木、食品容器・包装、電気・情報機器ほか