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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
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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
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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。
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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
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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]
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