近年、地球環境の保全と地球の持続可能な発展に対する関心が世界規模で高まっている。その結果、石油化学製品に由来する従来のポリマーに代わって、持続可能で再生可能な素材に対するニーズが高まっている。
生分解性ポリマーや再生可能ポリマーは環境に優しいため、石油化学製品に由来する従来のプラスチックの代替品として注目されている。無水マレイン酸(MAH)で官能基化された添加剤は、これらのポリマーの特性を向上させ、それによって従来のポリマー材料の競争力のある代替品として位置づけられることに大きな期待が寄せられている。
本稿の目的は、MAHで官能基化した添加剤を使用することにより、生分解性・再生可能ポリマーの品質を向上させる可能性を調査することである。
生分解性ポリマーと再生可能ポリマー
バイオベースポリマーは、再生可能ポリマーと呼ばれることもあり、再生可能な原料から作られるポリマーである。再生可能な原料として使用できるバイオマスの例としては、野菜、木材、藻類などが挙げられる。反対に、生分解性ポリマーとは、微生物によって自然に分解され、汚染を引き起こすことなく生態系に溶け込みやすいポリマーのことである。
持続可能な材料の領域では、再生可能で生分解性のあるポリマーは多くの可能性を秘めている。天然資源や再生可能資源を使用して生産されるため、経済性やカーボンフットプリントの点で、化石燃料から得られる従来の材料よりも優れていることが多い。
このような利点があるにもかかわらず、これらの素材の品質は、石油化学ベースの競合他社よりも劣ることが多い。したがって、商業ベースで競争力を持たせるためには、機械的・物理的品質を向上させる努力が必要である。
無水マレイン酸機能を持つ改質添加剤
無水マレイン酸（MAH）で官能基化した添加剤を加えると、生分解性ポリマーや再生可能ポリマーの特性が向上することが実証されている。環の対向する面に2つのカルボニル基を持つMAHは、環状分子である。他のポリマーを官能化するために使用できる化学物質であり、非常に反応性が高い。
MAH官能基化添加剤の使用は、再生可能・生分解性ポリマーと他の成分との相溶性を高めるために行われることがほとんどである。その結果、材料の機械的・物理的品質が向上し、潜在的な市場が拡大する。
MAH官能基化添加剤を使用すると、多くの品質が向上するが、そのひとつがポリマーの熱安定性である。これはポリマーの熱安定性を高めるためである。MAHは非常に反応性が高く、ポリマーと強い共有結合を作ることができる。材料が高温にさらされるような状況では、これは特に重要である。
さらに MAH官能基化添加剤これは、ポリマー鎖間の分子間相互作用を増大させることで、材料を強化し硬くする可能性があるためである。これは、ポリマー鎖間の分子間相互作用を増大させることによって、材料を強化し硬くする可能性があるためである。
さらに、MAHを官能基化した添加剤を含めることで、材料のバリア性を高めることができる。MAHは極性官能基を持つため、酸素や水に対する耐性を高めることができ、包装用途により適した材料となる。
生分解性ポリマーと再生可能ポリマーの活用
包装、農業、繊維、ヘルスケア、自動車部門など数多くの産業が、再生可能なポリマーや生分解性ポリマーを使用している。
生分解性ポリマーや再生可能ポリマーの最大の市場のひとつは、包装分野である。使い捨てカップ、生分解性バッグ、その他の食品包装材料は、これらの材料で作られている。
生分解性ポリマーや再生可能ポリマーは、農業において灌漑用パイプ、マルチフィルム、土壌安定剤などに利用されている。これらの材料は、土壌に蓄積して生態系に害を及ぼす可能性のある一般的なプラスチックよりも環境に優しい。
環境に優しい素材利用は、繊維産業でも浸透しつつある。PLAやPHAといった持続可能な繊維は、再生可能な生分解性ポリマーから作られており、衣服や家具、その他の繊維製品に使用されている。
生分解性で再生可能な素材は、ヘルスケア分野のインプラントや医療機器に採用されている。これらの材料は生体適合性があるため、患者の身体が否定的な反応を示す可能性は少ない。
最後に、ダッシュボードや外装部品、内装部品に生分解性素材や再生可能素材を使用することも、自動車業界で研究されている。
結論から言えば、生分解性ポリマーや再生可能ポリマーは、持続可能な製品として多くの可能性を秘めている。競争力があり、経済的に実行可能であるためには、これらの材料はしばしば機械的・物理的な品質を向上させる必要がある。これらの材料にMAH官能基化添加剤を加えることで、機械的、熱的、バリア性が改善されることが実証されている。その結果、このプロセスは、多くの産業でさまざまな用途に使用される、持続可能で環境に優しい材料を作り出すために利用することができる。
