Development of high-speed production technology for circulating all-biomass polymers to change environmental impact positively.

开发循环全生物质聚合物高速生产技术，积极改变环境影响。

基本信息

批准号：
22H02404
负责人：
高橋憲司
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究課題は、次の２つの課題に大別される「A：樹脂・反応リデザイン B:プロセスリデザイン」。昨年度はAテーマとして①：飽和アルデヒドを用いた酸素利用によるバイオマスの酸化的エステル化法の開発、Bテーマとして②：置換度制御によるバイオマス樹脂の多様化を中心に検討を進めた。①に関して、従来のイオン液体を用いたリグノセルロース系バイオマスの酸化的エステル化修飾には酸化度の高い不飽和アルデヒドを用いる必要があり、用いることができる天然アルデヒドの範囲に大きな制約があった。昨年度はセルロースをモデルバイオマスとして用いて、飽和アルデヒドを用いた際の酸化的エステル化修飾を検討したところ、酸素を酸化剤として用いた際に目的のバイオマスエステルが得られることを見出した。②に関して、イオン液体と二軸混練機を用いたフロープロセスの特長の一つとして、温和な条件下、均一系で連続的に反応が進行することで、置換度が制御されたバイオマスプラスチックを一工程で大量に合成できることが挙げられる。昨年度はセルロースをモデルバイオマスとして用いることで、新規フロープロセスにおける置換度が制御されたプラスチックの製造条件の確立およびその物性評価を行った。特に二軸混錬を利用したフロープロセスについては、フロープロセス中の動態解析や得られたバイオマス樹脂の組成および物性解析を行う、それらを明らかにした。フロー条件を最適化することで一台の二軸混錬機で83~89%程度のReaction Efficiency の効率下、1日13.5 kgのバイオマス樹脂の生産が可能となった(Reaction Chemistry & Engineering, 2023, DOI: 10.1039/D2RE00537A)。

本研究课题大致分为以下两个主题：“A：树脂/反应重新设计 B：工艺重新设计”。去年，我们重点关注A主题（1）：开发利用饱和醛的氧生物质氧化酯化方法，以及B主题（2）：通过控制取代度实现生物质树脂的多样化。对于①，传统的利用离子液体对木质纤维素生物质进行氧化酯化需要使用氧化程度高的不饱和醛，并且可以使用的天然醛的范围受到很大限制。去年，我们以纤维素为模型生物质，考察了饱和醛的氧化酯化改性，发现以氧气为氧化剂时可以获得所需的生物质酯。对于②，使用离子液体和双螺杆捏合机的流水工艺的特点之一是反应在温和的条件下在均相体系中连续进行，使得生产具有受控取代度的生物质塑料成为可能。例如，它可以在一个过程中大量合成。去年，通过使用纤维素作为模型生物质，我们建立了在新流程中生产具有受控取代度的塑料的条件，并评估了其物理性能。特别是，对于使用双螺杆捏合的流动过程，我们分析了流动过程中的动力学，并分析了所得生物质树脂的组成和物理性能。通过优化流动条件，使用单双螺杆捏合机每天可以生产 13.5 kg 生物质树脂，反应效率约为 83% 至 89%（Reaction Chemistry & Engineering，2023，DOI：10.1039/D2RE00537A）。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Direct synthesis of a robust cellulosic composite from cellulose acetate and a nanofibrillated bacterial cellulose sol

由醋酸纤维素和纳米原纤化细菌纤维素溶胶直接合成坚固的纤维素复合材料

DOI：
10.1038/s41428-022-00619-x
发表时间：
2022
期刊：
Polymer Journal
影响因子：
2.8
作者：
Naoki Wada;Tetsuo Fujie;Ren Sasaki;Tokuo Matsushima;Kenji Takahashi
通讯作者：
Kenji Takahashi

Kinetic evaluation of mixed cellulose esters in 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate/DMSO

混合纤维素酯在 1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙酸盐/DMSO 中的动力学评价

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Elisabeth Rada Desideria Ito;Stephanie C. Hernandez;Romain Milotskyi;Shohei Takagi;Naoki Wada;Kenji Takahashi
通讯作者：
Kenji Takahashi

Continuous production of cellulose mixed esters via homogeneous reactive twin-screw extrusion catalyzed by ionic liquid

DOI：
10.1007/s10570-023-05062-6
发表时间：
2023-02-02
期刊：
CELLULOSE
影响因子：
5.7
作者：
Hernandez, Stephanie C.;Milotskyi, Romain;Takahashi, Kenji
通讯作者：
Takahashi, Kenji

Continuous process of cellulose dissolution and transesterification reaction catalysed by ionic liquid in twin screw extruder

双螺杆挤出机中离子液体催化纤维素溶解及酯交换反应连续过程

DOI：
10.1039/d2re00537a
发表时间：
2023
期刊：
Reaction Chemistry & Engineering
影响因子：
0
作者：
Milotskyi Romain;Sharma Gyanendra;Fujie Tetsuo;Hirose Daisuke;Wada Naoki;Takahashi Kenji
通讯作者：
Takahashi Kenji

Ionic Liquids as Organocatalysts and Solvents for Lignocellulose Reactions

离子液体作为木质纤维素反应的有机催化剂和溶剂