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バイオベースマテリアルの新展開

  • New Development of Bio-based Materials
★ ここまで身近になった、生分解性ポリマーの実用化技術を紹介
★ “ゴミ”にならないプラスチック、“ゴミ”を利用したバイオベースマテリアルを一挙に紹介

商品コード: T0526

  • 監修: 木村良晴・小原仁実
  • 発行日: 2007年1月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、279ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-593-3

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  • 生分解性,モノマー,ポリ乳酸,ポリマー,ケモバイオプロセス,バイオマス

刊行にあたって

 発酵乳酸や発酵コハク酸をモノマー原料にしたポリ乳酸やポリコハク酸ブチレンがバイオベースポリマー(bio-based polymers)として注目され、その開発が活発に行われている。これらのポリマーはもともと生体や自然界の作用で分解して、炭酸ガスや水などの環境物質に無機化(assimilation)される生分解性ポリマー(biodegradable polymers)として開発されてきたものである。生分解性ポリマーは、最初、生体吸収性の医用材料として研究開発され、溶ける手術糸や骨折固定材などの用途に展開されていた。このポリマーを生分解性プラスチックとして利用しようという動きが出たのは、1980年代の終わりごろであり、それ以後、環境に適合した理想的な材料として開発されるようになった。
 いずれのポリマーにおいても開発は緒についたばかりであるが、現在最も注目されているのがポリ乳酸である。ポリ乳酸は、そのモノマーとなる乳酸がデンプンの加水分解により得られるグルコースの発酵によって合成され、続いて化学的な重合によりポリマー化できる。この一連のプロセスにケモ-バイオプロセスの具現化を見ることができる。ポリ乳酸は長い開発試行期間を経てようやく大規模な工業生産と大量消費が実現されようとしているが、その特性は必ずしもユーザーを満足させるものとはなっていない。さらなる物性の改善が期待される所以である。また、目下のところバイオベースポリマーとしてはポリ乳酸しか入手できないが、今後、石油ベースのポリマー素材のように、用途に応じた特性を有する他のバイオベースポリマーの開発が続いてきてほしいものである。
 ともかくも、21世紀の材料造りでは、化石資源ではなくバイオマス資源に基づく新しいマテリアルが中心となることは確かであり、あらゆる分野においてそれへの対応が求められてくる。昨今の原油価格の高騰はその動きをさらに加速している。しかしながら、現在の技術ではバイオマスの利用に限界があり、その効率的利用を進めるには、21世紀の中核となるバイオ技術を利用した大規模バイオインダストリーの確立が重要となってくるであろう。我国が、その技術開発のリード役を果たしていく必要があると考えるのは筆者だけではない。   
(「はじめに」より抜粋) 

2007年1月  京都工芸繊維大学 木村良晴

著者一覧

木村良晴   京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 生体分子工学部門 教授 バイオベースマテリアル研究センター長 
小原仁実   京都工芸繊維大学 バイオベースマテリアル研究センター 教授
小林四郎   京都工芸繊維大学 バイオベースマテリアル研究センター 特任教授
福島和樹   京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 博士後期課程 日本学術振興会 特別研究員
北村進一   大阪府立大学大学院 生命環境科学研究科 教授
鈴木志保   大阪府立大学大学院 生命環境科学研究科 研究員
小川宏蔵   大阪府立大学大学院 生命環境科学研究科 前教授
河原 豊   群馬大学 工学部 生物化学工学科 教授 
矢野浩之   京都大学 生存圏研究所 生物機能材料分野 教授
山岸兼治   (株)三菱化学科学技術研究センター R&D部門 非枯渇資源PJ
加藤 聡   三菱化学(株) 科学技術戦略室 横浜センター
相羽誠一   (独)産業技術総合研究所 環境化学技術研究部門 バイオベースポリマーグループ グループ長
瀧澤 誠   ピューラック・ジャパン(株) 開発営業部 部長
加藤 誠   (株)豊田中央研究所 材料分野 有機材料研究室 主任研究員
望月政嗣   ユニチカ(株) 中央研究所 シニアアドバイザー 兼 京都工芸繊維大学 バイオベースマテリアル研究センター 特任教授 
西尾嘉之   京都大学 大学院農学研究科 森林科学専攻 教授
松村秀一   慶應義塾大学 理工学部 応用化学科 教授
阿部英喜   (独)理化学研究所 高分子化学研究室 先任研究員
吉江尚子   東京大学 生産技術研究所 助教授
正木和夫   (独)酒類総合研究所 醸造技術応用研究部門 研究員
家藤治幸   (独)酒類総合研究所 醸造技術応用研究部門 部門長
山岡哲二   国立循環器病センター研究所 生体工学部 部長
藤里俊哉   国立循環器病センター研究所 再生医療部 室長
山根秀樹   京都工芸繊維大学 繊維科学センター 教授
稲生隆嗣   トヨタ自動車(株) 車両技術本部 第2材料技術部 有機材料室 担当員
田實佳郎   関西大学 システム理工学部 物理・応用物理学科 工学研究科 教授
宮本貴志   東洋紡績(株) バイロン事業部 主席部員
位地正年   日本電気(株) 基礎・環境研究所 主席研究員
森 浩之   ソニー(株) マテリアル研究所 環境技術ラボ
伊藤正則   (株)ユニック BP事業グループ 参与
江口 有   (財)バイオインダストリー協会 事務局 事業企画部長
橋本和久   (株)荏原製作所 環境事業カンパニー 環境ソリューション事業統括部 プロジェクト計画室 部長

 

目次

序章 バイオベースマテリアルの役割と将来展望
1. 石油からバイオマスへの転換
2. エタノールとバイオプラスチック
3. バイオリファイナリーでのプラスチックの生産
4. おわりに

【第1編 基礎技術・素材編】
第1章 フェノール類からのポリマー
1. はじめに
2. フェノール類からのポリマー合成
3. 酵素モデル錯体触媒によるポリフェニレンオキシドの合成
4. リグニンからのポリフェノール類
5. 天然漆と人工漆
6. ポリフェノール(フラボノイド)からのポリマー
7. おわりに

第2章 ポリ乳酸(ラクチド重合法)
1. ポリ乳酸の合成法
2. ラクチドとポリ乳酸の立体異性
3. ラクチドの重合法
4. ラクチドの重合動力学
5. ラクチドの重合機構
6. アルミニウム系触媒
7. リパーゼによる重合
8. 有機触媒
9. rac-ラクチドの重合
10. 残存モノマー
11. おわりに

第3章 重縮合型ポリ乳酸
1. はじめに
2. ポリ乳酸の種類と合成法
3. 直接重縮合法によるPLLA合成
3.1 乳酸の直接脱水縮合反応の熱力学
3.2 溶液重縮合法
3.3 溶融重縮合法
3.4 固相重縮合法
4. 直接重縮合法によるsc-PLAの合成
5. 直接重縮合法による共重合体の合成
6. おわりに

第4章 酵素合成アミロース
1. 調製法
2. 分子量と基礎物性
3. 機能性材料の例

第5章 パラミロン
1. はじめに
2. パラミロンの分離
3. パラミロンフィルム
4. パラミロン/PVAブレンドフィルムおよび繊維
5. 今後の展開

第6章 セルロース系ナノコンポジット
1. セルロースの構造
2. 無尽蔵のバイオナノファイバー:セルロースミクロフィブリル―高強度、低熱膨張―
3. ミクロフィブリル化セルロース(MFC)を用いた繊維強化材料―クモの巣状ネットワークの効果―
4. ナノファイバー繊維強化透明材料―波長の1/10以下のエレメントは散乱を生じない―
5. セルロース系ナノコンポジットに関する急激な世界の動き

第7章 コハク酸
1. コハク酸発酵
1.1 はじめに
1.2 コハク酸の生成経路
1.3 コハク酸生産菌
1.4 精製プロセス
1.5 今後の展望

2. コハク酸系ポリエステル樹脂
2.1 はじめに
2.2 脂肪族ポリエステルとしてのポリブチレンサクシネート系樹脂開発経緯
2.3 「GS Pla(R)」の特徴
2.4 「GS Pla(R)」の用途展開
2.5 「GS Pla(R)」の生分解性と分解制御
2.6 発酵コハク酸を用いたポリブチレンサクシネート樹脂の製造
2.7 今後の課題及び展望

第8章 キチン、キトサン
1. はじめに
2. キチン、キトサンの一般的性質
3. キチン、キトサンの実用化例
4. 部分N-アセチル化キトサンの性質
5. 水溶性誘導体
6. 有機溶媒可溶型キトサン誘導体
7. その他の研究展開
8. おわりに

第9章 発酵乳酸
1. はじめに
2. 発酵乳酸の歴史
2.1 発酵乳酸の発見
2.2 発酵乳酸製造の始まり
2.3 発酵乳酸製造技術の発展
2.4 発酵乳酸の工業生産
3. 食品での利用
3.1 味質
3.2 保存性
3.3 栄養
3.4 安全性
3.5 環境安全性
4. 工業用途での利用
4.1 メッキ
4.2 フォトレジスト
4.3 洗浄剤
4.4 ポリマー
5. おわりに

第10章 バイオプラスチックと自動車部品用
1. はじめに
2. 自動車用ポリ乳酸におけるカーボンニュートラルの概念
3. 自動車メーカーの動き
4. ポリ乳酸の高性能化への取り組み
4.1 加水分解の抑制
4.2 結晶化
4.3 クレイナノコンポジット化による耐熱性向上
4.3.1 有機化剤の検討
4.3.2 分子量低下の抑制
4.3.3 混練法によるナノコンポジット化の検討
4.3.4 ポリ乳酸クレイナノコンポジット材料の特性
4.4 天然ゴムによる耐衝撃性向上
5. まとめと今後の展望

【第2編 高機能化技術】
第1章 ポリ乳酸―脂肪族ポリエステルの一次構造と性能・機能の発現―
1. はじめに
2. 脂肪族ポリエステルの一次構造と成形加工性
2.1 脂肪族ポリエステルの分類
2.2 成形加工性
3. 脂肪族ポリエステルの成形加工性と性能・機能の発現
3.1 ポリ乳酸(PLA)系
3.2 ポリ-β-ヒドロキシブタン酸(PHB)系
3.3 ポリコハク酸ブチル(PBS)系
3.4 デンプン(Starch-based)系
4. ポリ乳酸の高性能化と高機能化
4.1 高耐熱性ポリ乳酸の開発
4.2 押出発泡用ポリ乳酸の開発
5. ポリ乳酸の汎用プラスチックとしての可能性
5.1 プラスチックの理想像―環境負荷低減の視点から
5.2 ポリ乳酸の生分解機構―生分解性と耐久性に関する考察
5.3 ポリ乳酸の汎用プラスチックへの道―耐久性向上の歴史
6. ポリ乳酸の最新成形加工技術と応用
6.1 押出成形
6.2 射出成形
6.3 発泡成形とブロー成形
7. おわりに

第2章 機能性エコマテリアルとしての多糖類のモダン活用
1. はじめに
2. 環境・生体適合型機能材料
2.1 生分解性グラフト共重合体
2.2 相溶ブレンドによる物性改変
2.3 実際的な成型品への応用
3. 先進的高機能材料
3.1 液晶光学材料
3.2 磁性機能材料
3.3 分離機能材料

第3章 環境低負荷型触媒による合成とリサイクル技術
1. はじめに
2. 酵素触媒重合とケミカルリサイクル
3. リパーゼを用いるバイオベースプラスチックの合成とケミカルリサイクル
3.1 ポリ(アルキレンアルカノエート)
3.2 ポリ(R-3-ヒドロキシアルカノエート)(PHA)
4. 酵素触媒重合により可能となった新規ポリマー合成とケミカルリサイクル
4.1 ポリ(アルキレンカーボネート)
4.2 ポリチオエステル
5. ケミカルリサイクル性と生分解性を併せ持つプラスチックの分子設計
5.1 酵素触媒による脂肪族ポリ(カーボネート-ウレタン)(PCU)の合成と環状オリゴマー化リサイクル
5.2 酵素触媒による脂肪族ポリ(エステル-ウレタン)(PEU)の合成
6. 超臨界二酸化炭素を溶媒とし、酵素を使用するプラスチックリサイクル
6.1 酵素反応への超臨界流体の活用
6.2 酵素を使用する超臨界二酸化炭素流体中での環状オリゴマー化リサイクル
6.3 酵素カラムを使用する超臨界二酸化炭素流体中での連続環状オリゴマー化リサイクル
7. 固体酸モンモリロナイトによるPLAのケミカルリサイクル
7.1 固体酸モンモリロナイト
7.2 PLLAの環境低負荷型ケミカルリサイクル
7.3 酵素と固体酸の組み合わせによるPBS/PLLA系ポリマーブレンドの分別的ケミカルリサイクル例
8. 環境低負荷型触媒による機能性ポリマー創成の研究動向と今後の課題

第4章 高性能ポリマーの創製
1. はじめに
2. 脂肪族ポリエステルアミド共重合体
3. 脂肪族ジカルボン酸を用いた周期性連鎖構造を有するポリエステルアミド共重合体の合成とその性質
3.1 コハク酸をベースとする周期性ポリエステルアミド共重合体
3.2 アジピン酸をベースとする周期性ポリエステルアミド共重合体
4. 脂肪族ヒドロキシカルボン酸とアミノ酸からの周期性ポリエステルアミド共重合体の合成
5. おわりに

第5章 易リサイクル性高分子
1. 緒言
2. 易リサイクル性高分子の分子設計
3. フランとマレイミドのDA反応
4. ポリアジピン酸エチレンを主成分とする易リサイクル性高分子の合成とリサイクル性の評価
5. バイオベースの易リサイクル性高分子材料

第6章 高活性リパーゼによるポリ乳酸分解
1. はじめに
2. ポリ乳酸の酵素分解について
3. ポリ乳酸と他のポリエステルの酵素分解について
4. 酵母Cryptococcus sp.S-2
5. 酵母Cryptococcus sp.S-2が生産するリパーゼ
6. 酵母Cryptococcus sp.S-2の培養と酵素生産
7. リパーゼCS2を利用した生分解性プラスチックの分解
8. リパーゼCS2によるポリ乳酸以外の生分解性プラスチックの分解
9. プラスチックシートの分解
10. おわりに

【第3編 応用編】
第1章 医療用バイオベースマテリアル
1. はじめに
2. 再生医療
2.1 歴史
2.2 再生医療
2.3 生体吸収性スキャホールド材料
3. 機能性ポリ乳酸誘導体
3.1 人工皮膚―ポリ乳酸系ハイドロゲル/ハイドロキシアパタイト複合体
3.2 細胞移植用インジェクタブルスキャホールド
4. 生体組織の利用
5. おわりに

第2章 バイオマス繊維
1. はじめに
2. キチン・キトサン繊維
3. アルギン酸繊維
4. デンプン(アミロース)繊維

第3章 自動車部品
1. 背景
2. 実用化例
2.1 天然繊維
2.2 バイオプラスチック
3. 研究事例
3.1 天然繊維とバイオプラスチックの複合材料
3.2 射出成型材
3.3 繊維系材料
3.4 ウレタンフォーム材料
4. おわりに

第4章 光、電子材料
1. はじめに
2. PLLA結晶構造
3. PLLA結晶の旋光性
4. PLLA膜の圧電性
5. まとめ

第5章 塗料・インキ・接着バインダー(バイロエコール)
1. 概要
2. はじめに
3. 東洋紡績における機能性ポリ乳酸樹脂開発の歴史
4. バイロエコールとは
4.1 バイロエコール溶剤溶解性
4.2 バイロエコールの物性
4.3 バイロエコール分子量
4.4 バイロエコール有機溶剤溶解品を経由するエマルジョンの製造方法
4.5 バイロエコール硬化反応と各種物性の変化
5. 接着剤としての評価
5.1 有機溶剤系ヒートシール材
5.2 有機溶剤系ドライラミ接着剤
6. グラビアインキ
7. まとめ

第6章 家電、携帯電話
1. はじめに
2. ケナフ繊維添加ポリ乳酸の開発
2.1 ケナフ繊維等の植物成分によるポリ乳酸の高機能化
2.2 携帯電話用ケナフ繊維添加ポリ乳酸の実用化とエコ携帯電話への搭載
3. 難燃性ポリ乳酸の開発
4. まとめと今後

第7章 エレクトロニクス機器への応用
1. はじめに
2. 取組みの経緯
2.1 筐体への応用
2.2 難燃性の向上
2.3 成形性の向上
2.4 非接触ICカードへの応用
3. 現状の課題
4. 今後の展開

第8章 農業資材
1. はじめに
2. 農業資材と生分解性プラスチック製品
3. 生分解性プラスチック製品の生分解性と「グリーンプラ認証マーク」
4. 生分解性プラスチックの種類
5. 生分解性マルチフィルムの機能について
6. 生分解性マルチフィルムの処方設計
7. 生分解性マルチフィルムメーカー
8. (株)ユニックの取り組み状況
8.1 生分解性マルチフィルムの開発経緯
8.2 (株)ユニックの生分解性マルチフィルムの使用状況
8.2.1 一般野菜栽培での生分解性マルチフィルムの使用状況
8.2.2 葉たばこ栽培での生分解性マルチフィルムの使用状況
9. 生分解性マルチフィルムの規格
10. 環境に与える負荷(炭酸ガス発生量の試算・LCA評価)
11. 今後の課題と展開
12. おわりに

【第4編 国内の動向】
第1章 バイオベースポリマーに関する政府プロジェクト
1. はじめに
2. 科学技術基本法、第3期科学技術基本計画とバイオテクノロジー戦略大綱
3. バイオマス・ニッポン総合戦略
4. 技術戦略マップ
5. 生物機能活用型循環産業システム創造プログラム
6. 個別プロジェクト―「バイオプロセス実用化開発プロジェクト」(NEDO)
7. 個別プロジェクト―「愛・地球博におけるバイオマスプラスチック利活用実証事業」(経済産業省)
8. 個別プロジェクト―海外でのバイオマス資源調査研究 (NEDO)
9. 個別プロジェクト―「木質資源循環利用技術の開発」(林野庁)
10. バイオポリマーの認証
11. おわりに

第2章 国内バイオマスの利用状況
1. バイオマスとは
2. バイオマス資源の賦存量
3. バイオマス資源の利活用技術の現状
3.1 エネルギー利用
3.2 マテリアル利用
4. バイオマス利活用の動向
4.1 エネルギー利用の実例(実用化及び実証)
4.1.1 直接燃焼の実例
4.1.2 エタノール発酵の実証
4.1.3 RDF発電
4.2 マテリアル利用の実例(実証及び実用化)
4.2.1 堆肥化、飼料化、建築資材化
4.2.2 バイオマスベースプラスチック化
5. 国内市場規模の現状
6. バイオプラスチックの市場予測
7. まとめ
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