ポリブチレンサクシネート

ポリブチレンサクシネート
名前
	その他の名前ポリ(テトラメチレンサクシネート)
識別子
CAS番号	25777-14-4;
略語	ＰＢＳ
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID50275024;
プロパティ
化学式	（C 8 H 12 O 4）n
密度	1.26グラム/ cm3
融点	115 °C (239 °F; 388 K)
水への溶解度	不溶性
クロロホルムへの溶解度	可溶性
関連化合物
関連モノマー	コハク酸ブタン; ジオール
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。インフォボックス参照

ポリブチレンサクシネート( PBS ) (ポリテトラメチレンサクシネートとも表記される) は、ポリエステル系の熱可塑性ポリマー樹脂です。PBS は、ポリプロピレンに匹敵する特性を持つ生分解性脂肪族ポリエステルです。

GsPLAまたはBioPBS（三菱ケミカル）というブランド名で呼ばれることもあります。 ^{[1] PBSは、}C ₈ H ₁₂ O ₄単位を繰り返したブチレンサクシネートの重合単位で構成されています。

歴史

コハク酸ベースのポリエステルの合成は、1863年に初めて行われました。当時、ポルトガルの教授アゴスティーニョ・ビセンテ・ロウレンソは、著書「多原子化合物の研究」の中で、コハク酸とエチレングリコールの反応によって「スクシノエチレン酸」と名付けた物質が生成されることを説明しました。ロウレンソは、この酸が高温（300℃）で加熱されると水分を失い、冷却すると結晶質の塊が得られることに気付きました。^[2] 残念ながら、ロウレンソは得られた物質の構造をあまり研究しませんでした。

その後、ダビドフ（1886年）^[3]、そしてヴォレンダー（1894年）が、異なる方法を用いて同じ材料を調製しました。この初期の研究は、1930年代にウォレス・カロザース（デュポン・ド・ヌムール社）によって、コハク酸ベースのポリエステルのより体系的な研究とともに進められました。当時、そのような研究の目的は、天然の絹繊維の合成代替品を見つけることでした。

カロザースは、連続蒸留プロセスで水を除去することで、以前に合成されたものよりも大幅に高いモル質量を持つポリマーを得ました。^[4]しかし、最終製品の特性は期待された品質を示しませんでした。そのため、カロザースはポリアミドにさらに注目し、同僚のジュリアン・ヒルとともにナイロン6,6を発明しました。

その後、フローリー（1946）は二酸塩化物を用いた脂肪族ポリエステルの改良合成法を提案した。^[5]

1990 年代初頭、40 年以上忘れ去られていたこれらのポリマーは、生分解性ポリマーとバイオベースポリマーの需要の増加により、新たな関心を集めるようになりました。

合成

ポリエチレンテレフタレートなどの他のポリエステルと同様に、PBS の合成には、エステル交換法 (コハク酸ジエステルから) と二酸から始まる直接エステル化法という 2 つの主な方法があります。コハク酸と 1,4-ブタンジオールの直接エステル化は、PBS を製造する最も一般的な方法です。これは 2 段階のプロセスで構成されます。まず、過剰のジオールを二酸でエステル化して、水を除去しながら PBS オリゴマーを形成します。

次に、これらのオリゴマーを真空下でエステル交換して高分子量ポリマーを形成します。このステップでは、チタン、ジルコニウム、スズ、ゲルマニウム誘導体などの適切な触媒が必要です。^[6]

生分解性

アミコラトプシス（sp. HT-6）、ペニシリウム（sp. 株 14-3）、バチルス、サーモポリスポラ、アスペルギルス・ベルシカラーはPBSを分解することができます。最後の4つの中では、アスペルギルス・ベルシカラーが最も優れたPBS分解微生物であることがわかりました。^[7] ミクロビスポラ・ロゼア、エクセルロスポラ・ジャポニカ、 E.ビリディルテアは乳化PBSサンプルを消費することができます。^[8]

PBS の制御された生分解は、3 つの段階で進行します。最初の段階はゆっくりとした段階、次に加速された第 2 段階、最後に安定段階です。生分解の効率は、材料のサイズと形状によっても左右されます。PBS は、利用可能な表面積が大きいため、ペレットよりも粉末またはフィルムとしての方が分解が良好です。^[9]

アプリケーション

PBSは天然の分解酵素と微生物によって水とCO2_に分解されるため^[10] 、一般的なプラスチックの生分解性の代替品となる可能性があります。 PBSの応用分野の範囲はまだ拡大しており、いくつかの分野を特定できますが、PBSが実際に使用されている特定の対象物を正確に把握することは依然として困難です。まず、包装分野では、PBSは食品と化粧品の包装の両方でフィルム、バッグ、または箱に加工できます。 PBSの他の用途としては、食器や医療用品などの使い捨て製品があります。農業では、PBSはマルチングフィルムや農薬や肥料の遅延放出材料の製造に関心が寄せられています。 PBSはまた、漁業（漁網用）、林業、土木工学、または使用後の材料の回収とリサイクルが問題となるその他の分野で市場シェアを獲得することが期待されています。^[11]医療分野では、PBSは生分解性の薬物カプセル化システムとして使用でき、^[12]インプラントへの使用も研究されています。

工業生産

産業界では、PBS合成の改良により、このポリマーの大規模生産が可能になった。日本の昭和高分子社は、 1993年に年間3,000トンのポリマーを生産できる半商業プラントを建設した。^[13]ビオノーレという商標名で販売されているこれらのポリエステルは、溶融縮合重合とそれに続くジイソシアネートによる鎖延長によって合成される。^[14] その後、2003年4月に三菱ケミカルが年間3,000トンの生産能力を構築し、GS Pla（グリーンで持続可能なプラスチック）という名前のPBSを市場に投入した。このポリマーは、鎖延長剤を使用せずに高いモル質量を持っている。それ以来、Hexing Chemical（中国安徽省）、Xinfu Pharmaceutical（中国杭州市）、IRe Chemical（韓国）など、いくつかのPBS製造会社が市場に登場した。 2010年、和興化工は年間生産能力1万トンを誇る中国初の大規模PBS企業となった。同年、新富製薬は年間生産能力2万トンの世界最大の連続PBS生産ラインの構築を発表した。現在、これらのポリアルキレンサクシネートのほとんどは石油化学前駆体から合成されている。しかし、ほとんどの生産者はこれらのポリエステルの合成にバイオベースのコハク酸を評価または開発している。2016年、昭和電工は、プラスチック製買い物袋に関する環境規制の浸透の遅れと生分解性プラスチックの市場価格の下落を理由に、ビオノーレの生産と販売の終了を発表した。^[15]

参考文献

^ 「生分解性ポリマー「BioPBS」 | 製品」
^ ロレンソ、AV (1863)。「多原子論の研究」。アン。チム。物理学。67 (3)。
^ ダビドフ、O. （1886年）。「Ein Fall der Bildung von Bernsteinsäureäthylester」。ベル。ドイツ語。化学。ゲス。19 : 2.土井：10.1002/cber.18860190196。
^ Carothers, WH (1929). 「重合および環形成に関する研究 II. ポリエステル」J. Am. Chem. Soc . 51 (8): 10. doi :10.1021/ja01383a042.
^ 米国特許 2,589,687
^ Jacquel, N.; et al. (2011). 「ポリ(ブチレンサクシネート)の合成と特性: 異なるエステル交換触媒の効率」J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem . 49 (24): 5301–5312. Bibcode :2011JPoSA..49.5301J. doi :10.1002/pola.25009.
^ 趙建豪;王暁青;ジュン・ゼン;広陽。 Feng-Hui Shi;チン・ヤン (2005)。「堆肥中のポリ(ブチレンサクシネート)の生分解」。応用高分子科学ジャーナル。97 (6): 2273–2278。土井：10.1002/app.22009。
^ 常盤豊;ブエナベントゥラーダ P. カラビア。チャールズ・U・アグウ;相場誠一（2009年9月）。「プラスチックの生分解性」。国際分子科学ジャーナル。10 (9): 3722–3742。土井: 10.3390/ijms10093722。PMC 2769161。PMID 19865515。
^ Laura Aliotta、Maurizia Seggiani、Andrea Lazzeri、Vito Gigante、Patrizia Cinelli (2022)。「ポリ(ブチレンサクシネート)(PBS)とその主な共重合体の簡単なレビュー:合成、ブレンド、複合材料、生分解性、および用途」。ポリマー。14 ( 4 ) : 844。doi : 10.3390/ polym14040844。PMC 8963078。PMID 35215757。
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^ 藤巻徹 (1998). 「重縮合反応により合成した脂肪族ポリエステル『ビオノーレ』の加工性と特性」.ポリマー分解と安定性. 29 (1–3): 209–214. doi :10.1016/s0141-3910(97)00220-6.
^ 「生分解性プラスチックの生産・販売終了について | ニュースリリース | 昭和電工株式会社」www.sdk.co.jp . 2017年4月26日閲覧。

[1] 「生分解性ポリマー「BioPBS」 | 製品」

[2] ロレンソ、AV (1863)。「多原子論の研究」。アン。チム。物理学。67 (3)。

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[4] Carothers, WH (1929). 「重合および環形成に関する研究 II. ポリエステル」J. Am. Chem. Soc . 51 (8): 10. doi :10.1021/ja01383a042.

[5] 米国特許 2,589,687

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[7] 趙建豪;王暁青;ジュン・ゼン;広陽。 Feng-Hui Shi;チン・ヤン (2005)。「堆肥中のポリ(ブチレンサクシネート)の生分解」。応用高分子科学ジャーナル。97 (6): 2273–2278。土井：10.1002/app.22009。

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[9] Laura Aliotta、Maurizia Seggiani、Andrea Lazzeri、Vito Gigante、Patrizia Cinelli (2022)。「ポリ(ブチレンサクシネート)(PBS)とその主な共重合体の簡単なレビュー:合成、ブレンド、複合材料、生分解性、および用途」。ポリマー。14 ( 4 ) : 844。doi : 10.3390/ polym14040844。PMC 8963078。PMID 35215757。

[10] ^ Xu, J. (2010). 「微生物コハク酸、そのポリマーポリ (ブチレンコハク酸)、および用途」。細菌由来プラスチック。微生物学モノグラフ。第 14 巻。pp. 347–388。doi : 10.1007/978-3-642-03287-5_14。ISBN 978-3-642-03286-8。

[11] ^ Xu, J. (2010). 「微生物コハク酸、そのポリマーポリ (ブチレンコハク酸)、および用途」。細菌由来プラスチック。微生物学モノグラフ。第 14 巻。pp. 347–388。doi : 10.1007/978-3-642-03287-5_14。ISBN 978-3-642-03286-8。

[12] Brunner, CT (2011). 「ポリ(ブチレンサクシネート)、ポリ(ブチレンサクシネート-co-アジペート)、ポリ(ブチレンテレフタレート-co-アジペート)の生分解性マイクロカプセルの薬剤カプセル化システムとしての性能」。コロイドと表面B：バイオインターフェイス。84 （2）：498–507。doi ： 10.1016 /j.colsurfb.2011.02.005。hdl ：1822 /14234。PMID 21376545。

[13] ^ Xu, J. (2010). 「微生物コハク酸、そのポリマーポリ (ブチレンコハク酸)、および用途」。細菌由来プラスチック。微生物学モノグラフ。第 14 巻。pp. 347–388。doi : 10.1007/978-3-642-03287-5_14。ISBN 978-3-642-03286-8。

[14] 藤巻徹 (1998). 「重縮合反応により合成した脂肪族ポリエステル『ビオノーレ』の加工性と特性」.ポリマー分解と安定性. 29 (1–3): 209–214. doi :10.1016/s0141-3910(97)00220-6.

[15] 「生分解性プラスチックの生産・販売終了について | ニュースリリース | 昭和電工株式会社」www.sdk.co.jp . 2017年4月26日閲覧。