●この記事のポイント ・理研などの国際共同研究チームは、海水中などで溶ける「超分子プラスチック」の開発に成功 ・環境汚染や人体への悪影響が問題となっているマイクロプラスチックが生じない ・他のプラスチックは共存する中でも水平リサイクルが可能 ・食品添加物や農業用途に広く用いられている安価な原料から製造

　理化学研究所（理研）などの国際共同研究チームは、海水中などで溶ける新たなプラスチック「超分子プラスチック」の開発に成功した。容易に原料にまで解離し、生化学的に代謝されるため、環境汚染や人体への悪影響が問題となっているマイクロプラスチックが生じない。世界で年間4億トン以上生産されるプラスチックは、リサイクルされているのは9％以下であり、残りは燃焼・廃棄されている。燃焼に伴い温室効果ガスが発生し、化石資源由来であるため回収・分類・分解・再利用などで多大なエネルギーを要する。一方、超分子プラスチックは食品添加物や農業用途に広く用いられている安価な生化学的な物質代謝を受ける2種類のイオン性モノマーを用い、モノマーによっては難燃性で温室効果ガスを出さず、遺伝毒性も持たない。土壌の上に置いておけば土壌に吸収される。成形加工性、耐熱性、高い力学特性など、従来のプラスチックに匹敵、あるいはそれらをしのぐ性能を備えているため、従来のプラスチックの代替材料として期待される。「夢の新素材」の特徴、想定される用途、そして実用化に向けた動きについて、理研 創発物性科学研究センター 創発ソフトマター機能研究グループ グループディレクターで東京大学卓越教授の相田卓三氏に話を聞いた。

●目次

世界ではプラスチックの使用に制約

　研究チームは、生化学的な物質代謝を受ける2種類のイオン性モノマーを室温の水中で混合した。水素結合で強化された静電相互作用（塩橋）により2種類の原料が互いに接着し、架橋構造体を形成すると同時に、この混合物は上相と下相に相分離を起こす。上相（水相）はモノマーの無機対イオンを取り込み（脱塩）、下相は塩橋によって生成した架橋構造体がつくる凝縮相である。この相分離により、架橋構造が安定化して、塩を外部から添加しない限り、架橋構造体から原料への解離ができなくなる。この凝縮相を分離して乾燥させると、無色透明で超高密度のガラス状超分子プラスチックがほぼ定量的に得られることを発見した。

　超分子プラスチックは、堅固でありながら、モノマーによっては加熱により容易に成型加工することができ、複雑な形もつくれ、既存のプラスチックと遜色がない物性が確認された。一方、塩水に入れると、原料モノマーにまで速やかに解離し、バクテリアなどによる生化学的な物質代謝が可能となるので、マイクロプラスチックを形成しない。原料モノマーの一つのヘキサメタリン酸ナトリウムは、食品添加物や農業用途に広く用いられているうえに安価。もう一つの原料モノマーである硫酸グアニジニウムの一部は天然由来のアミンから合成することができ、両原料モノマーに含まれているリンや窒素は肥料として重要だ。

　今回、超分子プラスチックの開発に取り組むに至った背景について、相田教授は次のように説明する。

「世界では『サステナビリティ（持続可能性）』が共通のキーワードになっており、温室効果ガス排出やマイクロプラスチックの問題から、欧州ではプラスチックの使用にさまざまな制約が出てきています。マイクロプラスチックはヒトの体内に蓄積されて、脳に達するとアルツハイマー型認知症の原因になるとも近年では指摘されています。世界では毎年、大量のプラスチックが製造され、一部が海洋に廃棄されており、欧州では規制の動きが強まる一方で新興国では安価なプラスチックへの需要が増加しており、今後も世界における製造量は大きく伸長していくと予想されています。

　こうした環境問題を未来の子どもたちに残してよいのか、ということが、科学者にとっても世界にとっても非常に大きな問題になっているわけです。そこで我々は新しいプラスチックの開発に取り組み、昨年11月に『サイエンス誌』に発表しました」