論 文 題 目 ：リアクティブプロセッシングによるポリ乳酸系ブレ
ンド材料の力学的特性とモルフォロジーの改質技術に関する研究
著 者 ： 神澤 岳史 研 究 科 、 専 攻 名 ：工学研究科 先端工学専攻 学 位 記 番 号 ： 工課 第十号 博士号授与年月日：平成23 年（2011 年）3 月 18 日 論文の要旨 現在，汎用樹脂として多く用いられているポリプロピレンやポリエチレンなどの改質技 術として、高い生産性と低コスト性，さらには初期コスト抑制を可能とする汎用樹脂加工 技術の確立が急務となっている．その成形加工技術の一つとして，成形時に二軸押出機等 の押出機内で化学反応を行って各種樹脂を改質することが可能なリアクティブプロセッシ ング（反応押出：以下 RP）技術が注目を集めている．一方，植物原料から合成されたポリ 乳酸（PLA）は剛性，透明性に優れた材料であり，生分解性を有するバイオマス由来原料（脱 石油系原料）でもあることから，PLA の実用化に向けた研究が活発化している．しかしな がら，PLA は既存の汎用樹脂材料と比べて耐熱性，耐衝撃性に劣るなどの物性上の制約に よって需要拡大が充分に進んでいないのが現状であり，現在世界的規模で当該材料の力学 特性改良技術の開発が進められている．そこで現在，上記 RP 技術を駆使した PLA の力学 特性改良技術の研究が近年注目を集めつつあるものの，実際に PLA の改質技術として RP 技術を用いた研究例は非常に限定的であり，尚かつその多くは物性面を中心とした定性的 なものに過ぎない．本論文は，RP 技術を用いることにより各種 PLA 系ブレンド材料を調製 し，当該ブレンド材料の構造（モルフォロジー）と力学的物性の相関をはかり，力学特性 改善の発現メカニズムの指針を明らかにすることを目的としており，これらの研究成果は 学術的および実用的意義も高いものである． 第 1 章は本論文の序論として，成形加工における RP 技術の位置づけと，RP 技術を用い た PLA の研究事例をまとめた．この内容をもとに，PLA への RP 適応方法とその課題を明 らかにするとともに，本論文における取り組むべき研究課題について論じた． 第 2 章では，無水マレイン酸（MAH）とラジカル発生剤である過酸化物（PO）を用いて 調製した無水マレイン酸変性 PLA の構造および反応メカニズムについてまとめた．本章の 実験では，溶媒に可溶であるため精製および分析が容易な PLA/ポリエチレングリコール （PEG）ブレンド材料をモデル系として用いた．NMR 測定結果より，無水マレイン酸変成 PLA/PEG 系ブレンド材料では，PLA 鎖と PEG が MAH ユニットを介してグラフト的に結合した構造となっていることを明らかにした．次 に，RP による高グラフト化率達成のための温度，時間，MAH/PO 添加剤量等を最適化した 結果，本系では PO 半減期が重要な反応制御因子であり，さらには PLA 鎖中に生成したラ ジカル種への MAH の付加反応が律速過程であることを明らかにし，その反応メカニズムに ついて論じた． 第 3 章では，無水マレイン酸変成 PLA/PA 系ブレンド材料の構造（モルフォロジー）と力
学特性との相関，および力学特性改善の発現メカニズムについてまとめた．PA 材料として は，靭性および耐衝撃性が高い「ポリアミド 12（PA12）」を用いた．また PA 相の分散粒子 径を制御するために溶融粘度の異なる 3 種類の PA12 試料を用いた．電子顕微鏡（SEM）に より PA 相の平均分散粒子径を算出し，各ブレンド材料の溶融粘度比と比較した結果，MAH と PO の添加はブレンド材料の界面張力の低下と PLA マトリクスの粘度変化の双方を誘起 することを見出し，力学特性の改善には両者のバランスが極めて重要であることを明らか にした． 第 4 章では，動的架橋法の特徴を明らかにするとともに，同法により「PLA/アジピン酸 共重合 PBT（PBAT）/ポリカーボネート（PC）系 3 成分ブレンド材料」を調製した．本章 で調製した「PLA/PBAT/PC 系 3 成分ブレンド材料」は，これまで全く報告されていない新 規な“一部相容系”の材料であり，その基本的性質(ガラス転移温度等)と力学特性，更には モルフォロジー形成メカニズムについてまとめた．具体的には，まず PO を添加した PLA/PBAT 系 2 成分ブレンドの溶融粘度，重量平均分子量およびレオロジー測定から，動的 架橋法の基礎特性を明らかにし，次に PBAT を相容化剤（第三成分）とした PLA/PBAT/PC 系 3 成分ブレンド系の上記物性について述べた．その結果，RP 法により調製した PLA/PBAT/PC 系 3 成分ブレンド材料は，従来の PLA/PC 系 2 成分ブレンドあるいは PLA/PBAT/PC 系単純ブレンド材料に対して，力学特性（引張破断伸度，耐衝撃性）が著し く向上する効果を発現することを見出した．また，SEM 観察結果より当該ブレンド材料は PLA 成分をマトリクスとした海島構造を形成するものの，RP 法により調製した当該ブレン ド材料では PC 相が顕著に微細化することを明らかにした．また，その微細化モルフォロジ ーの形成メカニズムを提唱するととともに，力学的特性との相関についても言及した． 上述のように，本論文は RP 法を用いることによりポリ乳酸系ブレンド材料の構造（モル フォロジー）と力学的物性の相関および力学特性改善の発現メカニズムの解明を行った研 究成果についてまとめたものであり，学術的かつ実用的価値の高いものである．また，本 技術を適用することより，環境対応型材料である PLA の更なる利用促進にも寄与する要素 技術の一つとして期待される．
