主要成果
研究チームは、バクテリアセルロースとコラーゲンをベースにし、エポキシ化大豆油とクエン酸からなる完全バイオベースの接着剤で結合させた複合材料を開発しました。この新素材は、引張強度57.3メガパスカル、破断伸び32.2パーセントという機械的特性を実現しています。特に、従来のバクテリアセルロースの弱点であった乾燥後の脆さと急速な吸水性が大幅に改善されました。
技術・詳細
開発された接着剤は、エポキシ化大豆油とクエン酸水溶液を90度で加熱することで形成される架橋ネットワーク構造です。エポキシ化大豆油の長い脂肪酸鎖が疎水性を付与し、エポキシ基とクエン酸のカルボキシル基がエステル結合を形成します。研究では、エポキシ化大豆油30グラムを含む「ESO-30/CA」という配合が、90度で60分という最短の時間でゲル化し、最適条件であると特定されました。
素材の構築プロセスでは、バクテリアセルロースとコラーゲンの層にこの接着剤を塗布し、織物（woven fabric）などの基材にプレスして加熱硬化させています。基材による性能差を検証した結果、織物基材を用いた複合材は、引き裂き強度が約50ニュートン/ミリメートルに達し、ニットや不織布（10〜20ニュートン/ミリメートル）を大きく上回りました。また、層間の剥離強度は6〜9ニュートン/ミリメートルであり、靴の上部とソールの接合基準（5ニュートン/ミリメートル以上）や、レザーバッグの基準（3ニュートン/ミリメートル以上）を上回る実用的な強度を確認しています。
耐水性においても劇的な向上が見られました。未処理のバクテリアセルロースの水接触角は32.7度と極めて親水性でしたが、硬化後の接着剤単体では118.8度に達します。複合材料の水浸漬試験では、最初の2時間で質量増加はわずか1.54パーセントにとどまり、厚みの変化もほとんど見られませんでした。
背景・業界の文脈
バクテリアセルロースは、再生可能で機械的強度が高く、菌糸体材料（mycelium materials）に数週間かかる固体発酵に対し、数日から1週間という短期間の静止液体培養で生産できるため、レザー代替素材として注目されてきました。しかし、天然状態では最大98パーセントが水分であり、乾燥時にナノファイバーが水素結合で強く引き寄せられるため、薄く脆いフィルム状になり、再吸水時に変形するという課題がありました。以前の研究ではコラーゲンとタンニン酸の浸漬により強度を改善していましたが、依然として親水性が高く、しわになりやすいという問題が残っていました。
今後の展望
本研究で開発された複合材料は、引張強度、ヤング率、密度において天然皮革の一般的な範囲と大きく重複しており、代替素材としての高いポテンシャルを有しています。一方で、耐久性には課題が残っています。レザーフレックスメーターを用いた5,000回の屈曲サイクル後、表面にクラック（ひび割れ）が発生しました。研究チームは、これが長期的なサービスライフにおける制約になると認めています。
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