パナソニックの#はたらくってなんだろう 樹脂の未来を担う、新機能 独自技術が生んだ生分解スイッチ

生分解性樹脂は微生物の働きによって、環境に悪影響を与えない低分子、CO₂やH₂Oまで分解される樹脂のことです。2015年頃からセルロースファイバー（CeF）を用いた成形材料の研究開発を進めています。木材を原料とした天然の木質繊維であるCeFを樹脂に混ぜ込み、グラスファイバーを混ぜ込んだ樹脂より軽くて強い素材を作ることができます。

当研究所には、新テーマ創出活動というトライアルの仕組みがあります。そこで、生分解するCeFを複合した樹脂の開発を提案し、2019年頃からセルロース複合生分解性樹脂の開発がスタートしました。当時、ストローが鼻に刺さった痛ましいウミガメの写真が話題となるなど、社内的にも「やはり生分解が必要だ」と意識が共有されていたタイミングでした。まずは海で分解する生分解性樹脂の開発に注力しました。

生分解の速度は、自然環境に存在する微生物の活性に左右されます。一方で、海中は温度が低く、また微生物の密度も土に比べると圧倒的に低い。コンポストのような人工的な環境では、良好な分解速度を示しても、海ではほとんど分解されないケースがあります。

また、既存の生分解性樹脂は強度が低く、ごみ袋や保護フィルムのようなシングルユースでの使用はすでに始まっていましたが、強度が求められる家電の外装や内部パーツに使用するのはナンセンスだと考えられていました。私たちが持っているCeF混練技術を用いれば、CeFを骨材として強度を持たせられます。残りのつなぎの部分となる樹脂は、シングルユースでしか使えないような樹脂であっても、強度を持たせつつ、生分解性を確保できると考えました。

生分解性樹脂をと意気込んでスタートしたものの、いきなり家電向けの樹脂をというのはかなりハードルが高い。次第に強度が劣化していく素材を家電に搭載しても、安全面や機能面から、喜ばれないだろうと考えたんです。そこで、森林資材や農業資材など、土壌へのプラスチック流出が問題となっている市場をまずは目指しました。開発途中のサンプルを持って、お客様にご意見を聞く機会を多く持ちました。

「もちろん生分解性は大切。ただし、きちんと制御したい」という意見が数多くありました。使用中はもちろん強度が必要ですが、最終的には絶対に生分解はしてほしい。例えば、3年たったら生分解が始まるようなタイマー機能を盛り込めないかという発想です。単に生分解性を備えただけの材料は商品にならない。セーブ機能やタイマー機能のような、特定のタイミングで分解がスタートするスイッチ機能が必要なんだと改めて気付かされました。ここで開発のコンセプトを「生分解スイッチ」に絞り込みました。

生分解性樹脂の分解酵素や微生物等（Decomposing Enzymes and Microorganisms：DEM）を材料に複合し、温度や湿気などの環境変化がトリガーとなって自然環境で材料の生分解速度を加速させる仕組みが、生分解スイッチです。廃棄された環境に置かれて生分解が一気に加速する機能で、使用中の生分解を制御して強度劣化を防ぎながら、廃棄後の速やかな分解を実現します。私たちの最終的な開発目標は家電などへの適用。生分解スイッチと既存のプラスチック素材と同等以上の強度の両立は欠かすことのできない条件でした。

生分解、特に生分解スイッチ機能には、微生物の働きが欠かせません。バイオテクノロジーの研究チームからアドバイスをもらったり、大学の研究室と共同研究を進めたりと、先進的な研究内容の吸収に終始しました。また、海洋研究開発機構（JAMSTEC）と共同で海洋模擬実験を行うなど社内外の知見を積み上げながら開発を進めてきました。

分解性能を左右する要素が多く、またフィールドや海洋での実証実験では予期せぬ結果も起こって、大変な苦労がありました。駿河湾の水深約400mから採取した深層水と海底堆積物を使用し、JAMSTECの協力の下、実海洋に近い環境を再現して実験を行いました。経年での変化を加速実験で予測できる無機材とは異なり、生分解性樹脂は加速実験が難しく、一度の分解実験に1カ月～半年を要します。恒温槽に何十本もの試験装置を入れて、時間をかけて観察を繰り返しました。

地道な検証を続けて、2022年2月に実海水での効果実証にこぎつけました。

CeFを混合したことで、現在市販されている海洋生分解性樹脂の2.3倍、一般に使用されている石油由来のPPに相当する強度（曲げ弾性率）を達成しました。分解速度についても既存のものと比較すると10倍以上の速度を記録し、強度と分解性能の両立に成功しました。石油由来の樹脂からの置き換えにより現実的な道筋が見えてきた結果となりました。

現在は国際的な生分解性樹脂の認証基準となっている「半年間で90％以上が実海洋で分解される」を目標として開発を続けています。市販品ではほとんど認証を取得している製品はないほど厳しい基準ですが、あと一歩でクリアするところまで到達しています。一方で、この分解性能が果たして本当に良い製品としてのベンチマークとなるのかは、まだまだ探っているところ。国際的な評価基準策定、標準化でパナソニック ホールディングスが存在感を発揮していくことも含めて、より使いやすい分解性と強度の追求を続けていきたいですね。

今回開発した樹脂は、強度と生分解性を併せ持つので，包装材など従来の用途にとどまらず、日用品や農業・漁業資材の他、屋外で使用される電化製品の材料として置き換えが可能になると考えています。

最終的に実装される製品によって、求められる強度や生分解速度は異なってくるので、用途や使用環境、廃棄環境を個別に検討して、分解性能を調整する必要があると考えています。バイオマス由来かつ生分解の材料として、多くの製品に適用し、環境・体験価値を同時に提供することで、パナソニックグループの環境に対する取り組みの認知を広げ、ブランディングの強化に貢献していきたいです。