澱粉と脂肪酸を原料とした機能性素材C-AGによる劣化アスファルトの再生

要約

澱粉から酵素合成した1,5-アンヒドロ-D-グルシトールと脂肪酸を原料として得られる「C-AG」は、劣化したアスファルトを未劣化のアスファルトの物性に近づけ、アスファルトを再生する機能を有する。

  • キーワード : 澱粉、脂肪酸、アスファルトリサイクル、アスファルト再生剤、自己集合性ファイバー
  • 担当 : 食品研究部門・食品加工・素材研究領域・バイオ素材開発グループ
  • 代表連絡先 :
  • 分類 : 研究成果情報

背景・ねらい

アスファルトは、高い耐水性と熱可塑性を持つ道路舗装や建築用防水材などに広く使われている重要なインフラ材料であるが、その原料は原油精製残渣であり、持続可能性に乏しい。資源の枯渇や環境負荷の観点から、再利用技術の重要性が高まっている。しかし現在主流の再生方法では、劣化によって失われたアスファルト成分を石油由来のオイルで補う必要があり、環境負荷の低減という観点では限界がある。また、アスファルト自体の再生可能回数にも制約があるため、より持続可能な材料と方法による再生技術の開発が求められている。
これまで我々は、澱粉・脂肪酸由来の機能性素材C-AGがアスファルト成分と相溶性が非常に高く、アスファルトの物性を変化させる改質剤として有用であることを明らかにしている。そこで本研究では、C-AGを用いたアスファルト再生技術の開発を行う。

成果の内容・特徴

  • 澱粉と脂肪酸を原料として得られる機能性素材C-AG(図1)は、様々な有機溶媒に溶解したのち、その溶媒をゲル化するオイルゲル化剤であるが、アスファルトとも高い相溶性を示す。
  • 高温下でC-AGを劣化アスファルトへ添加すると、アスファルト成分とC-AGが混ざり合ったのち、C-AGがアスファルト中で自発的にファイバーを形成し、劣化アスファルトの構造を変化させる(図2)。
  • 建材用途アスファルトの劣化状態を再現するため、アスファルトを80°Cで所定の日数加熱し劣化アスファルトを調製する。C-AGを添加した劣化アスファルトは成分組成および粘弾性が変化する。動的粘弾性測定から、複素弾性率が未劣化のアスファルトに近い状態へ再生されたことがわかる(図3)。
  • 一般的なアスファルト再生剤は、アスファルトの劣化により減少したアスファルト成分を石油系オイルで補いアスファルトを再生するメカニズムであり、持続可能性に乏しい石油由来材料で再生能力にも限界がある。一方、澱粉と脂肪酸由来のC-AGは劣化アスファルトのコロイド構造を変化させアスファルトを再生するため、持続可能性の高い材料で再生回数を向上させることが期待できる。

成果の活用面・留意点

  • C-AGの大量製造および製造コスト削減技術の開発を行う必要がある。
  • 植物由来の澱粉および脂肪酸を原料とした機能性素材C-AGにより、使用され劣化したアスファルトをリサイクル利用することが可能となり、バイオ素材産業の発展と持続可能なインフラの維持に貢献する。
  • 本研究では、建材のアスファルト劣化を想定した促進劣化条件を採用したが、舗装道路アスファルトの劣化を想定した薄膜加熱試験(163°C×5時間)および加圧劣化試験(100°C×20時間×2.07MPa)で促進劣化したアスファルトでも再生試験を行う予定である。

具体的データ

図1 C-AGの構造,図2 (1)劣化アスファルトおよび(2)C-AG添加劣化アスファルトの原子間力顕微鏡写真,図3 劣化アスファルト、C-AG添加劣化アスファルト、および未劣化アスファルトの動的粘弾性測定

その他

  • 予算区分 : 交付金、民間資金等(資金提供型共同研究)
  • 研究期間 : 2023～2025年度
  • 研究担当者 : 岩浦里愛、細川晃平(七王工業)、木下満帆(七王工業)、金泥秀紀(七王工業)
  • 発表論文等 :
    • Iwaura R. et al. (2024) Sustainable Materials and Technologies 41:e01025-e01025
    • Iwaura R. et al. (2026) ACS Sustainable Resource Management 3:748-755
    • 金泥ら、特願(2025年3月31日)