本文根據東京大學研究成果發佈資料編譯而成
東京大學研究生院農學生命科學研究科的大西康夫教授、北陸先端科學技術大學院大學先端科學技術研究科的金子達雄教授、神戶大學研究生院工學研究科的荻野千秋教授及築波大學生命環境系的高谷直樹教授等人組成的聯合研究團隊，以生質等植物爲原料，成功研製出了史上最耐熱塑膠（圖1）。
圖1：利用紙漿生產超高耐熱塑膠薄膜的一系列生產工藝
研究内容
研究團隊中的神戶大學開發出了對典型的非食用生質紙漿有效進行酶解糖化，生產含高濃度葡萄糖的糖化液（最高爲90g/L）的系統，另外，還聯合東京大學着眼於高度耐熱的聚苯并咪唑（PBI），利用生產其原料——芳香族化合物（3-胺基-4-羥基苯甲酸：AHBA）的轉基因棒狀桿菌，透過紙漿糖化液發酵生產了AHBA（3.3g/L），並進行了高純度純化。此外，築波大學還培育了生產共聚化合物4-胺基苯甲酸（ABA：芳香族聚醯胺纖維纖維原料）的轉基因大腸桿菌，同樣透過紙漿糖化液發酵生產了ABA（1.6g/L），並進行了高純度純化。
另一方面，透過使用化學產品進行研究，研究團隊中的北陸先端大學還開發了透過AHBA輕鬆合成PBI的直接原料——3,4-二胺基苯甲酸（DABA）的方法，以及透過DABA製作PBI薄膜的方法，同時還發現透過共聚DABA和ABA，能大幅提高耐熱性，實施了現有塑膠中最高的耐熱水平（DABA:ABA=85:15共聚物重量減量10％的溫度超過740℃，表1）。
最終結果顯示，可透過用紙漿糖化液發酵生產的芳香族化合物製作具備同等性質的PBI薄膜，成功構建了利用紙漿生產超高耐熱性PBI薄膜的一體化生產工藝的原型。
此次開發的超高耐熱性生物PBI還具有出色的強度和輕量性，有望用於各種用途。首先，由於其耐熱性非常高，不會在各種輕量金屬（鋁、鎂、鋅、錫等）的熔點分解，因此可以與這些輕量金屬熔融復合，用於對輕量化社會至關重要的汽車車身、建築材料等社會基礎設施，以及需要實施輕量化和高耐熱性的驅動部周邊材料（漆包線、高耐熱絕緣紙、歧管、油底殼）。這些傳輸設備對輕量化的要求精確到克，生物PBI有望爲能源削減以及無石油社會和低碳社會做出貢獻。
另外研究團隊還發現，可以將PBI鋰離子化，作爲鋰離子電池的固態電解質使用，應該還能開發耐熱性更高的固態電解質，可以爲新一代電動車的開發做出貢獻。
表1：新開發的生物PBI及含芳香族聚醯胺纖維的生物PBI的熱解溫度比較表
塑膠 |
10％熱解溫度 |
力學強度 |
彈性模數 |
(℃) |
(MPa) |
(GPa) |
|
Bio-PBI薄膜(100/0) |
716 |
68 |
3.3 |
Bio-Ami-PBI(85/15)薄膜 |
743 |
66 |
3.2 |
代表性PBO（此前是耐熱性最高的） |
715 |
5800 |
180 |
代表性芳香族聚醯胺纖維 |
585 |
3000 |
112 |
代表性聚醯亞胺 |
580 |
231 |
2.5 |
現有PBI |
570 |
100 |
5 |
耐綸６ |
415 |
75 |
2.4 |
＊Bio-Ami-PBI擁有史上最高的熱解溫度，力學特性也非常強（與耐綸相同）
論文資訊
題目：Ultrahigh Thermoresistant Lightweight Bioplastics Developed from Fermentation Products of Cellulosic Feedstock
期刊：Advanced Sustainable Systems（線上版：10月14日公開）
DOI：10.1002/adsu.202000193
研究成果發佈資料
編譯：JST客觀日本編輯部
