生分解性水系ポリウレタンの製造原理と種類

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生分解性ポリウレタン材料の製造は、ポリイソシアネート成分のイソシアネート基の高い反応性と天然高分子化合物の生分解性を利用したものであり、理論的には複数のヒドロキシ基を持つ天然高分子化合物をポリオール成分の一つとして用い、ポリオール成分とポリイソシアネート成分との反応によって、微生物によって分解可能な分子鎖をポリウレタン材料中に導入することができる。土壌埋立処理を行う場合、材料は微生物の酵素の作用によって加水分解や酸化などの反応を起こし、これらの分子鎖が低分子量の断片に分解される。微生物はこれらの低分子量の断片を吸収または消費し、代謝を経て二酸化炭素、水、および生物エネルギーを生成することで、最終的に分解が達成される。ポリウレタンは一般的な微生物に対してある程度の感受性を持つため、生分解性材料を製造するのに理想的な原料であり、またその構造を自由に設計できることから、現在研究されている生分解性ポリウレタンの種類は多く、主にポリエーテル型、ポリエステル型ポリウレタン、および天然の生分解性高分子で改質されたポリウレタンがある。ポリエーテル型ポリウレタンの合成に用いられるポリエーテルには、ポリオキシエチレン（PEO）、ポリテトラメチレンオキシド（PTMO）、ポリオキシプロピレン（PPO）などがある。ポリエーテル型と比べて、ポリエステル型ポリウレタンは分解しやすく、これは主にポリエステルが生体内で容易に加水分解されるためである。よく使われるポリエステルには、PCL、PLA、PGA、および乳酸/ヒドロキシ酢酸共重合体（PLGA）などの共重合体がある。多くの研究により、これらのポリエステルソフトセグメント自体も優れた生分解性を持ち、生体内で安全に分解されることが明らかになっている。YOUNGDUKKIMらは、化学構造が異なるいくつかのポリエステル系ポリウレタンを合成し、加水分解、酵素による分解、および埋立処分という方法を用いてその生分解性を調査した。研究によると、アルキルジイソシアネートと多くの柔軟な鎖部分を持つポリエステルポリオールを用いて合成されたポリウレタンは、優れた生分解性を有することがわかった。