以植物為原料,且可轉換為肥料之塑膠機能化方法

 

刊登日期:2023/5/12
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日本千葉大學與東京工業大學、東京大學共同開發了一項植物性高分子(塑膠)之機能化手法,並已確認經過機能化的塑膠以氨水分解後所取得之分解生成物將可做為肥料發揮效用。
 
穩定的高分子是具有可用性的材料,但不易達到分解。而具有優異分解性的高分子雖可再利用,卻難以做為具有強度需求的材料。有鑑於此,循環型塑膠的關鍵即在於同時考量了穩定性與分解性這兩項相互矛盾特性的分子設計。
千葉大學等考慮到結合的穩定性與使用後的分解性,將重點放在碳酸鹽(Carbonate)的鍵結。碳酸鹽鍵結本身很穩定,但可以與一般常見鹼性的氨反應,並將其轉換為利用於肥料的尿素。
 
在先行研究中,已確認將此有機反應應用於糖衍生聚合物「聚異山梨醇碳酸酯(Polyisosorbide Carbonate; PIC)」後,其分解生成物(糖來源的單體與尿素的混合物)可以直接利用做為肥料。但是PIC本身仍有較脆弱的問題,故此次研究旨在建立PIC的機能化方法。
 
研究團隊採用了可以從甘露醇(Mannitol)一階段合成之植物來源的單體「1,3:4,6-di-O-benzylidene-D-mannitol(DBM)」,並與異山梨醇(Isosorbide)共聚合。結果顯示,異山梨醇與DBM的共聚物展現出比一般高分子材料更高的耐熱性。由於利用硼酸試劑可在高分子合成後導入官能團,故可應用於調整物性、增加新功能以解決PIC的既有問題。
 
另將取得之共聚物進行氨分解評估後,確認其分解比PIC快。此結果顯示聚合物中甘露醇衍生的羥基大幅促進了聚合物的機能化與分解。
 
研究團隊亦利用取得之共聚物的分解生成物(異山梨醇、甘露醇、尿素的混合物)進行了阿拉伯芥的生長實驗,結果顯示共聚物的分解生成物發揮了肥料的作用。此次合成的聚碳酸酯共聚物係由葡萄糖、甘露醇等可再生植物來源的醣類原料製成,今後可望適用做為生質工程塑膠等材料。

資料來源: https://www.chiba-u.ac.jp/general/publicity/press/files/2023/20230412_aoki02.pdf
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