植物由来で強度・伸びに優れた分解可能なバイオベースポリマーの開発 ~植物油とアミノ酸より誘導したサステイナブル高機能材料~

2026-07-06 東京都立大学

東京都立大学を中心とする研究グループは、大阪産業技術研究所、滋賀県立大学と共同で、非可食の植物油とアミノ酸を原料とする高機能バイオベースポリ(エステルアミド)を開発した。新材料は、石油由来のポリエチレンやポリプロピレンよりも高い引張強度と破断伸びを示し、優れた柔軟性と耐久性を兼ね備えるほか、自己修復機能も有する。合成にはオレフィンメタセシス重合と水素化反応を用い、さらに独自開発の高性能触媒によるエステル交換反応により、ポリマーをモノマーへ定量的に分解して再重合できるため、ケミカルリサイクルが可能である。放射光X線解析では、材料中に形成される微量の結晶構造が優れた機械特性の発現に寄与することも明らかにした。アミノ酸や架橋部位を変更することで物性を自在に調整でき、天然繊維との複合化による高強度化も期待される。本成果は、バイオマス由来で高性能かつ資源循環型のプラスチックを実現したものであり、サーキュラーエコノミーの実現に向けた持続可能な高機能材料開発を大きく前進させる成果である。

植物由来で強度・伸びに優れた分解可能なバイオベースポリマーの開発 ~植物油とアミノ酸より誘導したサステイナブル高機能材料~
図1 今回開発したバイオベースポリ(エステルアミド)と汎用プラスチック(ポリエチレンやポリプロピレンなど)との機械特性(引張強度と破断時伸び)の比較。一般的に破断するまでの強度と伸びは二律背反関係にある。

<関連情報>

バイオベース脂肪族ポリ(エステルアミド)の合成、その熱特性、引張特性、およびエステル交換反応による選択的解重合 Synthesis of Biobased Aliphatic Poly(ester amide)s and Their Thermal, Tensile Properties, and Selective Depolymerization through Transesterification

Gaku Miyamoto,Mohamed Mehawed Abdellatif,Seiji Higashi,Kousaku Tao,Hiroki Takeshita,Hiroshi Hirano,and Kotohiro Nomura
JACS Au  Published: July 7, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacsau.6c00515

Abstract

Development of chemically recyclable biobased polymers has been an important subject in terms of circular economy. In this study, syntheses of high-molecular-weight poly(ester amide)s consisting of diesters of 10-undecenol with dicarboxylic acids containing succinamide linkage with two L-phenylalanine (PEA1, HPEA1), L-leucine (PEA2, HPEA2), L-valine (PEA3, HPEA3), L-alanine (PEA4, HPEA4), and β-alanine (PEA5) have been demonstrated by acyclic diene metathesis (ADMET) polymerization and subsequent tandem olefin hydrogenation. The ADMET polymerization afforded high-molar-mass amorphous unsaturated polymers (PEA14, Mn = 39800–49300) or semicrystalline polymer containing β-alanine (PEA5, melting temperature at 116.6, 134.4 °C); the tandem hydrogenation gave the saturated poly(ester amide)s (HPEA14) without decreases in the Mn values. Thermal properties in the resultant polymers were affected by Mn values and amino acids in the monomer unit. These polymer films display promising tensile properties (strength, elongation at break) that were affected by the amino acid substituent; the properties in the saturated poly(ester amide)s (HPEA14) were also affected by the Mn values and the method of preparation (solvent cast, hot press). The films containing L-alanine (PEA4, HPEA4) showed high tensile strengths (31.5, 40.2 MPa, respectively), whereas the L-leucine-based polymer (HPEA2) exhibited high elongation at break (706–1000%). Unsaturated L-phenylalanine-based polymer film (PEA1) displayed promising tensile (32.8 MPa, 684%), elastic, and self-healing properties; the elastic behavior through hysteresis experiments of 10 cycles using reused test specimen was precisely reproduced. These poly(ester amide)s were depolymerized by transesterification to afford diesters containing the succinamides, demonstrating a closed loop chemical recycling.

0504高分子製品
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