植物を原料とし、肥料に変換できるプラスチックの機能化手法を発表千葉大学、東工大、東大

千葉大学大学院工学研究院の青木大輔准教授らの研究グループは2023年4月12日、東京工業大学、東京大学と共同で、植物を原料とした高分子（プラスチック）の機能化手法を発表した。機能化されたプラスチックをアンモニア水で分解した際に得られる分解生成物に、肥料としての効果があることも確認した。

安定した高分子は材料として有用だが、分解が難しい。しかし、分解性に優れた高分子は、リサイクルできるが、強度が求められる材料に用いることが難しい。こうしたことから、循環型プラスチックは、安定性と分解性という相反する2つの特性を考慮した分子設計が鍵となる。

研究チームは、結合としての安定性と、利用後の分解性を考慮して、カーボネート結合に注目。カーボネート結合は、そのままでは安定しているが、身近な塩基であるアンモニアと反応し、肥料として働く尿素へ変換できる。

先行研究では、ポリイソソルビドという糖由来のポリマー（PIC）へこの有機反応を適用し、分解生成物（糖由来のモノマーと尿素の混合物）をそのまま肥料として利用できることを明らかにした。しかし、PICはそのままでは脆いという課題があったため、今回の研究ではPICの機能化手法の確立を目指した。

研究では、糖であるマンニトールから1段階で合成できる植物由来モノマーであるDBM（1,3:4,6-ジ-O-ベンジリデン-D-マンニトール）をイソソルビドと共重合した。その結果、イソソルビトとDBMの共重合体は、汎用高分子材料よりも高い耐熱性を示した。ボロン酸試薬を用いて高分子合成後に機能団を導入できるため、PICの課題である物性調整や、新たな機能付与に利用できることがわかった。

さらに、得られた共重合体のアンモニア分解について評価した結果、分解がPICと比べて速かった。これは、ポリマー中のマンニトール由来の水酸基が、高分子の機能化と分解に大きく寄与することを示している。

最後に、得られた共重合体の分解生成物（イソソルビド、マンニトール、尿素の混合物）を用いたシロイヌナズナの生育実験を実施。その結果、肥料として、この共重合体からの分解生成物が機能した。

左：蛍光性ボロン酸による修飾
右：分解生成物を用いたシロイヌナズナの生育実験。分解生成物を加えたもの（右）は、葉が多く生えている。

今回合成したポリカーボネートの共重合体は、グルコース、マンニトールといった再生可能な植物由来の糖を原料としているため、今後、バイオエンジニアリングプラスチックとして利用されることが期待できる。

植物を原料とし、肥料に変換できるプラスチックの機能化手法を発表　千葉大学、東工大、東大