海洋生分解性デンプンベース架橋フィルムの創製

海洋生物可降解淀粉基交联膜的研制

• 批准号: 22KJ2123
• 负责人: JIA YUXIANG
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2123/
• 关键词: デンプン; 海洋プラスチックごみ問題; 刺激応答性高分子

既存の生分解性プラスチックは生産量が低く、高価格だけでなく、海洋環境での生分解が遅く、分解過程で海洋生物に対する悪影響を及ぼすと指摘されている。一方、デンプンは安価かつ海洋分解性を有する高分子素材であるため、海洋生態系に優しいプラスチック素材の原料として注目されている。本研究では、日常生活の使用範囲内では耐水性を有しており、海水中では迅速に軟化・崩壊し、完全に生分解される前に海洋生物誤摂取による危険性を軽減するデンプンフィルムの開発を目指した。このデザインにより、優れた機械特性を実現しながらプラスチックフィルムの海洋への流出による海洋ごみ問題を解消する。日常生活での水はほとんど真水である一方、海水は真水に比べてpH、イオン強度が高い。そのため、pHとイオン強度を外部刺激として、架橋崩壊を誘起し、架橋フィルムを崩壊させるトリガーとして用いることができると着想した。本研究では、日常生活の使用範囲内では架橋の保持により耐水性を有し、海水中では脱架橋によりフィルムが軟化あるいは溶解、崩壊を誘発するデンプンフィルムを創製する。本年度では、高pHで崩壊する水素結合を海水応答性架橋結合として用いて、海水に崩壊する水素結合架橋デンプンベースフィルムを作製した。タピオカデンプンに水素結合供与体ポリ(アクリル酸)を導入し、作製した変性澱粉と水素結合受容体ポリ(ビニルピロリドン)を混合して溶液キャスティング法で混合フィルムを作製した。作成したフィルムは純水中で溶解しなかったのに対して、人工海水中では迅速に溶解した。また、高イオン強度で崩壊するイオン結合を海水応答性架橋結合としての応用も初歩に検討した。本研究の成果は、適切な材料の組合せ・架橋による多糖類を基盤とする海洋生分解性プラスチックの開発の土台になり、海洋生分解性プラスチックの普及に貢献できる。

有人指出，现有的生物降解塑料不仅产量低、价格高，而且在海洋环境中生物降解速度慢，分解过程中对海洋生物产生负面影响。另一方面，淀粉是一种廉价且可在海洋中降解的高分子材料，因此作为对海洋生态系统友好的塑料材料的原料而受到关注。在这项研究中，我们开发了一种淀粉薄膜，它在日常使用范围内具有防水性，在海水中快速软化和崩解，并在其完全生物降解之前降低海洋生物意外摄入的风险。这种设计消除了塑料薄膜流入海洋造成的海洋垃圾问题，同时提供了优异的机械性能。虽然日常生活中使用的水大部分是淡水，但海水的 pH 值和离子强度比淡水更高。因此，我们提出了这样的想法：pH和离子强度可以作为外部刺激来诱导交联崩溃，并用它们作为触发交联膜崩溃的想法。在这项研究中，我们将创建一种淀粉膜，该淀粉膜在日常使用中保持交联而具有防水性，但由于解交联而在海水中软化、溶解和分解。今年，我们利用在高pH值下分解的氢键作为海水响应交联键，创建了在海水中分解的氢键交联淀粉基膜。将氢键供体聚丙烯酸引入木薯淀粉中，将变性淀粉与氢键受体聚乙烯基吡咯烷酮混合，采用溶液流延法制备混合膜。制备的薄膜不溶于纯水，但很快溶于人造海水。此外，还研究了在高离子强度下崩解的离子键作为海水响应交联键的应用。该研究成果将通过组合和交联适当的材料，为开发多糖基海洋生物降解塑料奠定基础，并将有助于海洋生物降解塑料的推广。

项目成果

デンプンを基盤とする海水可溶性フィルムの創製

淀粉基海水可溶膜的制备

• 发表时间: 2022
• 作者: JIA YUXIANG;徐 于懿;宇山 浩
• 通讯作者: 宇山 浩

Dual-crosslinked starch/carboxymethyl cellulose blend film with ion-responsive dissolution properties

• DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110453
• 发表时间: 2023-09
• 期刊: Polymer Degradation and Stability
• 影响因子: 5.9
• 作者: Yuxiang Jia;Yu-I. Hsu;H. Uyama