生体触媒によるプラスティックのリサイクル手法の開拓

使用生物催化剂开发塑料回收方法

基本信息

批准号：
12875180
负责人：
小林四郎
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

酵素触媒重合は、酵素のもつ穏和な反応条件下での高活性触媒作用(省エネルギー)、酵素触媒の無毒性、有効利用の望まれている植物由来天然資源の出発物質としての活用、生成ポリマーの高い生分解性といった点で環境に対する負荷を大きく低減できるといった特徴を有している。酵素触媒重合は自然界の物質循環に組み込まれるプロセスであるため、グリーンポリマーケミストリーへの多大な貢献が期待される。本研究では酵素触媒重合を汎用プラスティックのケミカルリサイクルへ拡張した。脂肪族ポリエステルの多くは水中でのリパーゼ触媒作用による分解を受ける。一方、リパーゼ触媒は有機溶媒中では多くの場合にポリエステル合成の触媒として作用するが、反応条件を選ぶことにより分解を起こさせることを見出した。高分子量ポリ(ε-カプロラクトン)はトルエン中でCandida antarctica由来の固定化リパーゼ(リパーゼCA)により加水分解し、分子量数百のオリゴマーに変換された。そこで、溶媒を減圧下留去し、残ったオリゴマーと酵素をそのまま加熱するとポリマーが再合成された。同様の操作は繰り返し行うことができた。この結果から酵素触媒を用い、溶媒の有無といった極めて簡単な条件設定により重合・分解を制御できるという新概念に基づく高分子材料の新規リサイクル手法を提案した。次に分解挙動を詳細に検討した。いくつかの市販品リパーゼでも分解が進行したが、リパーゼCAが最も分解活性が高かった。分解物の構造は系中に含まれる含水量に依存し、無水条件では主に環状オリゴマーの生成が認められた。また、種々の脂肪族ポリエステルの分解を検討し、ポリマーの構造と分解挙動の相関を明らかにした。

酶催化聚合的特点是酶在温和的反应条件下具有高活性催化作用（节能）、酶催化剂无毒、使用植物来源的自然资源为起始原料，希望得到有效利用，且生产聚合物具有高度可生物降解的特点，大大减轻了对环境的负担。酶催化聚合是一个融入自然界物质循环的过程，因此有望为绿色高分子化学做出重大贡献。在这项研究中，我们将酶催化聚合扩展到通用塑料的化学回收中。许多脂肪族聚酯在水中会发生脂肪酶催化的降解。另一方面，我们发现，虽然脂肪酶催化剂通常充当有机溶剂中聚酯合成的催化剂，但通过选择反应条件可以导致它们分解。高分子量聚（ε-己内酯）在甲苯中被南极假丝酵母来源的固定化脂肪酶（脂肪酶CA）水解，转化为分子量为数百的低聚物。因此，在减压下蒸馏掉溶剂，并将剩余的低聚物和酶加热以重新合成聚合物。可以重复类似的操作。基于这些结果，我们提出了一种新的高分子材料回收方法，该方法基于新概念，即可以使用酶催化剂通过极其简单的条件（例如溶剂的存在或不存在）来控制聚合和分解。接下来，我们详细检查了分解行为。几种市售脂肪酶均可进行降解，但脂肪酶 CA 的降解活性最高。分解产物的结构取决于体系中的水含量，在无水条件下，观察到主要产生环状低聚物。我们还研究了各种脂肪族聚酯的分解，并阐明了聚合物结构与分解行为之间的相关性。