【原】(研究成果)用可再生资源坚固道路！-淀粉制成的新沥青改性剂-

(研究成果)用可再生资源坚固道路！-淀粉制成的新沥青改性剂-

信息发布日期: 2022年6月13日(星期一) 农研机构 科学技术振兴机构

重点 农研机构开发了以淀粉为原料的沥青改性剂1 ) C-AG。 C-AG在沥青中呈纤维状分散，可提高沥青的抗流动性2 )，发挥延长道路寿命的效果。 而且，与以往的沥青改性剂相比，与改性沥青制造和道路施工相关的能耗低，有望抑制温室气体的排放量。

概要 淀粉是大米、玉米等中丰富的物质，是我们重要的营养来源，同时也是植物储存淀粉周期短的优质可再生资源。 淀粉至今为止也被活用于纤维和造纸领域，但近年来在其他领域也作为替代化石资源的素材受到关注。 本研究从可再生资源淀粉中，开发了沥青改性剂，有助于延长道路寿命，减少与道路铺设相关的排放温室气体。 用于道路铺设的沥青，在达到盛夏路面温度60℃时会变软，流动性变高，但在这种状态下，车通过后路面会出现凹凸不平的车辙，需要道路维修。 因此，为了提高夏季路面温度附近沥青的耐流动性，开发了将石油类聚合物3 )添加到沥青中来改善沥青的粘弹性4 )的聚合物改性沥青。 但是，将石油类聚合物分散在沥青中、使用聚合物改性沥青施工道路需要180°C左右的高温，因此大量的能源消耗和随之产生的温室气体的排出，以及恶劣的工作环境成为问题。 因此，本研究开发了沥青改性剂C-AG，在改善沥青耐流动性的同时，实现了在更低温度条件下的改性沥青的制造施工。 沥青改性剂C-AG可以使脂肪酸与淀粉来源的天然糖1，5 -氨葡萄糖醇5 )反应，以高收率大量制造。 C-AG在130°C以下的温度下分散在沥青中，冷却后在沥青中形成纤维状的结构。 明确了含有该纤维的C-AG改性沥青在60℃下具有与聚合物改性沥青相同程度的耐流动性。 本技术即使在夏季路面温度下也难以进行车辙挖掘，因此在延长道路寿命的同时，有望对减少与道路施工相关的温室气体排放量和改善工作环境等各种问题做出贡献。

相关信息 预算: JST (科学技术振兴机构)研究成果展开事业研究成果最佳展开支援计划A-STEP产学共同(育成型) JPMJTR20U3、运营补助金 咨询地址等 研究推进负责人:农研机构食品研究部门所长龟山真由美 研究负责人:该食品加工素材研究领域高级研究员岩浦いわうら 里愛りか 宣传负责人:该研究推进部研究推进室长中村敏英 

详细信息 开发的社会背景 [铺装道路问题] 日本的铺装道路主要是沥青铺装。 沥青具有随温度上升而变软的特性，在达到盛夏路面温度即60℃时表现出流动性。 因此，盛夏道路上很多车辆行驶时，会形成被称为车辙深度的凹凸不平，损坏道路(图1 )。 [聚合物改性沥青的利用和课题] 因此，为了在盛夏也保持沥青的硬度，抑制车辙深度，使用在沥青中加入石油类聚合物的聚合物改性沥青。 但是，该聚合物改性沥青在从制造到道路施工的工序中需要长时间保持180°C左右的高温，因此能源成本高，排放含有CO2的大量温室气体，以及工作环境的恶劣成为问题。 因此，要求开发在改善沥青粘弹性的同时，在制造施工中不需要高温条件的沥青改性剂。 研究的经过 迄今为止，开发了从淀粉中得到的1，5 -戊二酸和以脂肪酸为原料的凝胶剂6 ) C-AG (图2 )。 这种凝胶剂很容易溶解在多种有机溶剂中，可以增加溶液的粘度和固化。 而且，在推进用途开发的过程中，发现也容易溶解在沥青中并分散。 因此，我想如果能将沥青增稠、凝胶化来调整沥青的硬度和柔软度，不就可以作为沥青改性剂来利用吗？

研究的内容意义 [C-AG改性沥青的制备] 将装有沥青和C-AG的容器放入130℃的烘箱中30分钟后，将搅拌30秒左右的物质在室温下放置12小时进行调制。 用原子力显微镜7 )观察C-AG改性沥青时，发现与只有沥青的情况不同，纤维状结构体分散在沥青中(图3 )。 [耐流动性评价] 为了评价C-AG改性沥青的抗流动性，进行了用玻璃球模拟沥青路面的简易实验。 铺装道路由用于使其具有强度的骨料8 )和用于粘接骨料的沥青的混合物制成。 在该实验中，用C-AG改性沥青将由与骨料相同成分制成的玻璃球代替骨料粘接成金字塔形，放置在加热到盛夏路面温度即60℃的加热板上，确认能否保持金字塔形。 用无添加沥青粘接的金字塔，沥青逐渐变软，40分钟后金字塔就坏了，但用C-AG改性沥青粘接的金字塔可以保持形状，证实了提高了耐流动性(图4 ) 另外，发现C-AG改性沥青在60℃下的耐流动性与以往的聚合物改性沥青相同程度。

今后的预定期待 与沥青相比，将耐流动性提高的C-AG改性沥青用于道路铺设时，道路会变得坚固，即使在盛夏也难以挖掘车辙，因此可以认为有助于道路的长寿命化。 另外，发现用于同样目的的聚合物改性沥青的制造需要180°C左右的高温，而C-AG改性沥青可以在130°C以下制造。 通过该低温化，与使用聚合物改性沥青的情况相比，CO2可以减少温室气体的排放量15~40 %左右，将能源消耗量抑制在60~80 % (参考文献: M.Carmen Rubio et al，journal ool ) 另外，这种改性剂可以以不适合食用的粗淀粉为原料，因此也有助于减少废弃淀粉和有效利用资源。 今后，计划在从原料到产品的各种过程中引进生态友好的技术，推进有助于实现可持续社会的沥青改性剂C-AG的开发。

用语解说 沥青改性剂 是指为了提高沥青的粘弹性状和温度特性等物性，与沥青混合使用的物质。 抗流动性 变得难以流动的性质。 以石油为原料的高分子物质，聚乙烯和氯乙烯等塑料大多被分类为石油类聚合物。 粘弹性 同时具有像水一样的流动性和像橡胶一样伸缩的性质被称为粘弹性，沥青也是粘弹性物质之一。 1，5 -氨甲酰基葡糖醇 体内也存在的天然糖之一。 其特征是对pH的变化和热稳定。 凝胶化剂 固化溶液的物质。 例如，明胶是一种起巩固水作用的凝胶剂。 另外，12-羟基硬脂酸是市售的用于凝固用过的食用油的凝胶剂。 原子力显微镜 利用作用于物质间的原子力这一力，可以观察试样非常微细的表面结构的显微镜方法。 骨料 用来使道路具有强度和耐久性的碎石和沙子。

発表論文

Rika Iwaura, Shiro Komba " Modification of asphalt by starch-derived supramolecular fibers: A simple way to tune flow resistance " ACS Sustainable Chemistry and Engineering, doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c08320

参考图

图1发生车辙深度的道路

图2 C-AG的制造

图3 C-AG改性沥青(左)和沥青(右)的原子力显微镜观察像，均为2 μm×2 μm。

图4使用玻璃球进行沥青粘结的模拟实验。 ( a )玻璃球采用传统沥青粘结(左)及C-AG改性沥青粘结(右)。 ( b )用60℃热板加热40分钟后的情况。