ポリウレタンの開発と応用

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本セミナーでは、ポリウレタンについて取り上げ、化学物質規則に対応したウレタン設計、従来材料と同等の強度、弾性などの実現について解説いたします。

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プログラム

第1部 イソシアネートを使わないポリウレタンの合成:反応と機能制御

(2024年1月18日 10:00〜11:30)

　毒性の高いホスゲンを使う必要があるために、これまで合成が困難であった様々な有用化学物質 (化学品原料、医薬品原薬・中間体、ポリマーなど) を、当グループで開発した光オン・デマンド有機合成法によって、安全・安価・簡単・低環境負荷で合成できるようになった。当グループはこの新たな方法を使って、産学連携で、これまでにない新しいポリウレタン合成法の開発に成功した。実用化に向けた研究開発の歴史や課題について、社会との情報共有および議論を行いたい。

  1. 従来のポリウレタン合成法
    1. イソシアネートを用いる一般的なポリウレタン合成法
    2. イソシアネートを用いない一般的な非ポリウレタン合成法
  2. 新しいポリウレタン合成法
    1. 光オン・デマンド有機合成法によるイソシアネートとポリウレタンのワンポット合成
    2. 光オン・デマンド有機合成法によるフッ素化カーボネート合成
    3. フッ素化カーボネートとジオールからのビスカーボネート合成
    4. ビスカーボネートとジアミンを用いる非イソシアネートポリウレタン合成法
    5. 原料の構造と重合度
    6. 得られたポリウレタンの構造と物性の関わり

第2部 微生物を用いたポリオール生産とポリウレタン材料化

(2024年1月18日 12:10〜13:40)

　本講では、主にバイオマス資源から微生物によって合成される天然系プラスチック・ポリヒドロキシアルカン酸 (PHA) を、ポリオールとして分泌生産する方法について紹介いたします。また、そのポリオールから合成されるポリウレタンの材料特性および海洋生分解性について紹介します。

  1. 微生物が合成する生分解性ポリエステル
    1. ポリヒドロキシアルカン酸 (PHA) とは
    2. PHAの重合機構
    3. PHAの分子量制御法
    4. オリゴマー化によるポリオール生産
  2. 大腸菌を用いたポリオール生産とその効率化
    1. ポリオール生産に有用な重合酵素
    2. ポリオール末端構造制御
    3. フラスコ培養からジャー培養へ
  3. ポリウレタンの合成と材料特性
    1. 各種ジイソシアネートを用いた材料化
    2. ポリオール末端構造の違いによるTgの変化
    3. 力学物性
  4. 合成ポリウレタンの海洋生分解性
    1. 海水を用いた生分解性試験
    2. 他ポリマーとの生分解性比較

第3部 バイオポリオール・バイオポリウレタンの開発動向と用途開発

(2024年1月18日 13:50〜15:20)

　植物原料を用いたポリウレタンを概説する。植物油脂を利用したバイオポリオールやそれを用いた発泡バイオポリウレタン、イソシアネート原料のバイオ化とそれを用いたバイオポリウレタンの用途開発、ポリウレタン補強材としてのセルロースの利用等、バイオポリウレタンの製造や応用・用途を説明する。

  1. バイオプラスチック (基礎)
    1. バイオマスプラスチック開発におけるバイオポリウレタンの位置付け
  2. バイオベースポリオール
    1. ヒマシ油由来
    2. 大豆油由来
    3. 糖原料由来
  3. バイオポリウレタン
    1. 発泡用途
    2. コーティング用途
  4. バイオフィラー含有ポリウレタン
    1. セルロースのフィラーとしての利用 (基礎)
    2. 変性セルロースを利用したポリウレタンの高性能化

第4部 五員環カーボネートとアミンの反応を利用する非イソシアネート型ポリウレタン類の合成とその応用

(2024年1月18日 15:30〜17:00)

　有毒で不安定なイソシアネートを用いない手法である、五員環カーボネートとアミンの反応を利用したポリウレタンの合成法および得られるポリウレタンの機能と応用について、一般的なポリウレタンとの比較も含めて紹介する。五員環カーボネートは、エポキシと二酸化炭素の反応により得られることから、多様な汎用エポキシを原料として合成することができる。二官能性五員環カーボネートとジアミンの反応では、側鎖に水酸基を持つポリウレタン (ポリヒドロキシウレタン) がえられる。この水酸基はさまざまな反応により変換可能である。また、エチレンカーボネートとジアミンの反応ではウレタンジオールが得られ、この脱エチレングリコール重縮合により、脂肪族ポリウレタンを得ることもできる。 　これらの合成法を講演者の研究を中心に述べるとともに、様々な応用についても述べる。

  1. 五員環カーボネートとアミンとの反応を利用するポリヒドロキシウレタンの合成、反応、及び性質
    1. エポキシと二酸化炭素の反応による五員環カーボネートの合成
    2. 五員環カーボネートとアミンの反応によるポリヒドロキシウレタンの合成
    3. ポリヒドロキシウレタンの反応
    4. ポリヒドロキシウレタンの性質
  2. 五員環カーボネートとアミンの反応を利用する脂肪族ポリウレタンの合成
    1. エチレンカーボネートとジアミンの反応を利用する脂肪族ポリウレタンの合成
    2. 得られた両末端反応性ポリウレタンの応用
  3. さまざまなポリヒドロキシウレタンの合成と応用
    1. ポリヒドロキシウレタンの複合材料への応用
    2. ポリヒドロキシウレタンのフォームへの応用
    3. その他のポリヒドロキシウレタンの応用

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