JP2005060447A

JP2005060447A - ポリアミド樹脂

Info

Publication number: JP2005060447A
Application number: JP2003207874A
Authority: JP
Inventors: Masaru Akita; 大秋田; Kimiya Kato; 公哉加藤; Toru Nishimura; 西村　　透; Takashi Mimizuka; 孝耳塚
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2005-03-10

Abstract

【課題】２，３，４，５−テトラヒドロピリジンとピペリジンの総含有量が少なく、溶融滞留安定性に優れた、１，５−ジアミノペンタンおよび炭素数２〜５のジカルボン酸から構成されるポリアミド樹脂を得る。
【解決手段】１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸から構成されるポリアミド樹脂であって、該１，５−ジアミノペンタンが、リジン脱炭酸酵素活性の向上した組換え微生物またはその抽出物を用いて、リジンから産出されたものであることを特徴とするポリアミド樹脂。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非石油資源からバイオ合成法にて産出される１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸から構成され、環状アミン不純物の含有量が少なく、溶融滞留安定性に優れたポリアミド樹脂に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
石油、エネルギー枯渇問題を背景として、近年、非石油資源からバイオテクノロジーにより高分子原料を合成する研究が盛んに行われている。例えば、１，５−ジアミノペンタンは、リジン脱炭酸酵素によりリジンから効率よく生産できることが特許文献１，２に記載されている。またコハク酸などの有機酸は、従来からグルコースなどの糖類から発酵法にて合成できることが知られており、また最近ではセルロースを主成分とする古紙からも微生物を用いて合成できることが分かってきている。これらバイオ合成法では、化学合成法のような高温等の条件を必要としないため、副生成物が少ないという利点もある。またこれらの原料を用いて得られるポリマーは非石油原料ポリマーであり、持続的社会構築に貢献すると考えられる。
【０００３】
ポリアミドの一般的な合成方法としては加熱重縮合と界面重縮合が挙げられる。１，５−ジアミノペンタンと低炭素数のジカルボン酸から構成されるポリアミドとして、界面重縮合にて合成したポリアミド５５、５３が非特許文献１、２にそれぞれ記載されている。この文献で使用している１，５−ジアミノペンタンは高い反応温度で化学合成法にて得たものであり、不純物として１，５−ジアミノペンタンが分子内脱アンモニア反応することにより生成する、２，３，４，５−テトラヒドロピリジン、ピペリジン、アンモニアなどの塩基性化合物が多く含有されている可能性がある。その結果、生成したポリアミドも上記不純物を多く含有していると考えられ、溶融時にポリアミドの分解反応を引き起こす可能性が高く、溶融滞留安定性に劣ると考えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２３７７０号公報（実施例）
【特許文献２】
特開２００２−２２３７７１号公報（実施例）
【非特許文献１】
「マクロモルキュルズ（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）」、（米国）、第２９号、１９９６年、ｐ．５４０６−５４１５
【非特許文献２】
「マクロモルキュルズ（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）」、（米国）、第２９号、１９９６年、ｐ．１８８６−１８９３
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち１，５−ジアミノペンタンを原料とした、溶融滞留安定性に優れたポリアミドを得るためには、上記不純物の少ない原料を使用し、ポリアミド中に含まれる塩基性化合物を低減させることが重要である。本発明者らは、１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸から構成されるポリアミド樹脂において、非石油資源からバイオ法で合成された原料を用いることで、溶融滞留安定性に優れたポリアミド樹脂が得られることを見出し、本発明に到達した。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、
（１）１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸から構成されるポリアミド樹脂であって、該１，５−ジアミノペンタンが、リジン脱炭酸酵素活性の向上した組換え微生物またはその抽出物を用いて、リジンから産出されたものであることを特徴とするポリアミド樹脂。
【０００７】
（２）前記１，５−ジアミノペンタン中の２，３，４，５−テトラヒドロピリジンとピペリジンの総含有量が０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする前記（１）記載のポリアミド樹脂。
により構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【０００９】
本発明で言う１，５−ジアミノペンタンとは、１，５−ジアミノペンタン中に、２，３，４，５−テトラヒドロピリジン、ピペリジン、その他の不純物を含有したものも含むものとする。
【００１０】
本発明では、非石油資源のリジン塩酸塩からリジン脱炭酸酵素によって脱炭酸して産生される１，５−ジアミノペンタン塩酸塩を、アルカリ性下で処理することにより得られる１，５−ジアミノペンタンを用いる。一般の化学合成法により産出される１，５−ジアミノペンタンを用いたポリアミド樹脂では、１，５−ジアミノペンタン中に２，３，４，５−テトラヒドロピリジンやピペリジン等の不純物を多く含むため、溶融滞留安定性に劣る。上記バイオ合成法から産出された１，５−ジアミノペンタンを用いたポリアミド樹脂では、１，５−ジアミノペンタン中の不純物量が少ないため、溶融滞留安定性の特に優れたポリアミド樹脂を得ることができる。
【００１１】
本発明において、溶融滞留安定性に優れたポリアミド樹脂を得るためには、１，５−ジアミノペンタン中の２，３，４，５−テトラヒドロピリジンとピペリジンの総含有量を０．５ｗｔ％以下に制御することが好ましい。２，３，４，５−テトラヒドロピリジンとピペリジンの総含有量が０．５ｗｔ％以上である１，５，−ジアミノペンタンを原料とすると、ポリアミド樹脂の加熱重縮合時および溶融滞留時に分解反応が著しく進行するため、好ましくない。
【００１２】
本発明に用いる炭素数２〜５のジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸のような脂肪族ジカルボン酸、シクロプロパンジカルボン酸のような脂環式ジカルボン酸などを挙げることができる。これらのジカルボン酸の製法に制限はないが、酵素または微生物を用いて産出されたものを使用することが好ましい。
【００１３】
本発明のポリアミド樹脂の重合度にはとくに制限がなく、０．０１ｇ／ｍｌとした９８％硫酸溶液の２５℃における相対粘度が１．５〜８．０であることが好ましく、２．０〜５．０であることがさらに好ましい。相対粘度が１．５未満では、実用的強度が不十分なため、８．０以上では、溶融成形が困難となるため好ましくない。
【００１４】
本発明を構成する１，５−ジアミノペンタンの製法はリジン脱炭酸酵素を用いてリジンから転換するバイオ合成法である。一般に２，３，４，５−テトラヒドロピリジンやピペリジンは、反応温度が高いほど生成し易いため、反応温度が低い方法によって１，５−ジアミノペンタンを得る方が、２，３，４，５−テトラヒドロピリジンやピペリジン含量を低減できる。１，５−ジアミノペンタンの製法としては他に、２−シクロヘキセン−１−オンなどのビニルケトン類を触媒としてリジンから合成する化学合成法が提案されているが、反応温度が約１５０℃と高いため前記不純物も多く含有される。また化学合成１，５−ジアミノペンタンを用いて得られるポリアミド樹脂においては、溶融時には不純物として多く含まれる塩基性化合物により分解反応を引き起こす可能性が高く、溶融滞留安定性に劣ると考えられる。本発明の製造に用いる１，５−ジアミノペンタンのバイオ合成法によれば反応温度が低いため２，３，４，５−テトラヒドロピリジンやピペリジン含量を特に低減できる。
【００１５】
リジン脱炭酸酵素は、リジンを１，５−ジアミノペンタンに転換させる酵素であり、ＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉＫ１２株をはじめとするエシェリシア属微生物のみならず、多くの生物に存在することが知られている。
【００１６】
本発明において使用されるリジン脱炭酸酵素に特に制限はないが、例えば、バシラス・ハロドゥランス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｈａｌｏｄｕｒａｎｓ）、バシラス・サブチリス（Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｉｓ）、エシェリシア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）、セレノモナス・ルミナンチウム（Ｓｅｌｅｎｏｍｏｎａｓｒｕｍｉｎａｎｔｉｕｍ）、ビブリオ・コレラ（Ｖｉｂｒｉｏｃｈｏｌｅｒａｅ）、ビブリオ・パラヘモリティカス（Ｖｉｂｒｉｏｐａｒａｈａｅｍｏｌｙｔｉｃｕｓ）、ストレプトマイセス・コエリカーラ（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｃｏｅｌｉｃｏｌｏｒ）、ストレプトマイセス・ピロサス（Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓｐｉｌｏｓｕｓ）、エイケネラ・コロデンス（Ｅｉｋｅｎｅｌｌａｃｏｒｒｏｄｅｎｓ）、イユバクテリウム・アシダミノフィルム（Ｅｕｂａｃｔｅｒｉｕｍａｃｉｄａｍｉｎｏｐｈｉｌｕｍ）、サルモネラ・ティフィムリウム（Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ）、ハフニア・アルベイ（Ｈａｆｎｉａａｌｖｅｉ）、ナイセリア・メニンギチデス（Ｎｅｉｓｓｅｒｉａｍｅｎｉｎｇｉｔｉｄｉｓ）、テルモプラズマ・アシドフィルム（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｍａａｃｉｄｏｐｈｉｌｕｍ）、ピロコッカス・アビシ（Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓａｂｙｓｓｉ）またはコリネバクテリウム・グルタミカス（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ）由来のものが好ましく用いられる。さらに好ましくは安全性の認められているエシェリシア・コリ（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉ）由来のものである。
【００１７】
１，５−ジアミノペンタンはアルカリ性の化合物であるために、酵素反応が進行するにつれ、反応液のｐＨはアルカリ側に変化していく。しかし、リジン塩水溶液に、リジン脱炭酸酵素を作用させれば、反応液のｐＨを制御する必要がなく効率よく１，５−ジアミノペンタンを生産できる。用いるリジン塩については特に制限はない。好ましくは塩酸塩、硫酸塩、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩である。さらに好ましくはリジン一塩酸塩である。
【００１８】
リジン脱炭酸酵素は本来ビタミンＢ６と結合し存在するが、リジン塩水溶液にビタミンＢ６を添加することにより、生産速度および反応収率を向上させることができる。ビタミンＢ６を添加する方法には特に制限はない。反応中に適宜添加しても良い。好ましくはリジン脱炭酸酵素が溶液状態であれば、酵素溶液中に添加することが好ましい。反応液中でのビタミンＢ６の濃度については特に制限はなく。好ましくは反応液に０．０５ｍＭのビタミンＢ６濃度となるように加えればよい。用いるビタミンＢ６に特に制限はない。好ましくは、ピリドキシン、ピリドキサミン、ピリドキサルおよびピリドキサルリン酸から選ばれる少なくとも１種である。さらに好ましくはピリドキサルリン酸である。
【００１９】
本発明において使用されるリジン脱炭酸酵素を得る方法に特に制限はないが、例えば、リジン脱炭酸酵素が細胞内で高発現した組換え細胞などを適当な培地で培養し、増殖した細胞を回収し、当該細胞を破砕すればよい。
【００２０】
リジン脱炭酸酵素遺伝子をクローニングする方法に特に制限はない。既知の遺伝子情報に基づき、ＰＣＲ（ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅｃｈａｉｎｒｅａｃｔｉｏｎ）法を用いて必要な遺伝領域を増幅取得する方法、既知の遺伝子情報に基づきゲノムライブラリーやｃＤＮＡライブラリーより相同性や酵素活性を指標としてクローニングする方法などが挙げられる。本発明においては、これらの遺伝子は、遺伝的多形性などによる変異型も含む。なお、遺伝的多形性とは、遺伝子上の自然突然変異により遺伝子の塩基配列が一部変化しているものをいう。例えばＥ．ｃｏｌｉＫ１２株の染色体ＤＮＡよりＰＣＲ法を用いてリジン脱炭酸酵素をコードする遺伝子であるｃａｄＡ遺伝子またはｌｄｃ遺伝子をクローニングする。この際使用する染色体ＤＮＡはＥ．ｃｏｌｉ由来であればどの菌株由来でもよい。
【００２１】
本発明では、リジン脱炭酸酵素は、リジン脱炭酸酵素の細胞内での活性が上昇した組換え細胞から調製されたものが使用される。細胞内でリジン脱炭酸酵素の活性を上昇させる方法に特に制限はない。具体的には、例えば、リジン脱炭酸酵素の酵素量を増加させる方法、もしくは酵素の構造遺伝子自体に変異を導入して、酵素そのものの比活性を上昇させることなどが挙げられる。
【００２２】
細胞内の酵素量を増加させる手段としては、遺伝子の転写調節領域の改良、遺伝子のコピー数の増加、蛋白への翻訳の効率化などが挙げられる。
【００２３】
転写調節領域の改良とは、遺伝子の転写量を増加させる改変を加えることをいう。例えば、プロモーターに変異を導入することによってプロモーター強化を行い、下流にある遺伝子の転写量を増加させることができる。プロモーターに変異を導入する以外にも、宿主内で強力に発現するプロモーターを導入しても良い。
例えば大腸菌においては、ｌａｃ、ｔａｃ、ｔｒｐなどのプロモーターが挙げられる。また、エンハンサーを新たに導入することによって遺伝子の転写量を増加させることができる。
【００２４】
遺伝子のコピー数の上昇は、具体的には、遺伝子を多コピー型のベクターに接続して組換えＤＮＡを作製し、該組換えＤＮＡを宿主細胞に保持させることにより達成することができる。ここでベクターとは、プラスミドやファージ等広く用いられているものを含むが、これら以外にも、トランソポゾン（Ｂｅｒｇ，Ｄ．ＥａｎｄＢｅｒｇ．Ｃ．Ｍ．，Ｂｉｏ／Ｔｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ．１，Ｐ．４１７）やＭｕファージ（特開平２−１０９９８５号公報）も含む。遺伝子を相同組換え用プラスミド等を用いた方法で染色体に組み込んでコピー数を上昇させることも可能である。
【００２５】
蛋白の翻訳効率を上昇させる方法としては、例えば原核生物においてはＳＤ配列（Ｓｈｉｎｅ，Ｊ．ａｎｄＤａｌｇａｒｎｏ，Ｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，７１，１３４２−１３４６（１９７４））、真核生物ではＫｏｚａｋのコンセンサス配列（Ｋｏｚａｋ，Ｍ．，Ｎｕｃ．ＡｃｉｄｓＲｅｓ．，Ｖｏｌ．１５，ｐ．８１２５−８１４８（１９８７））を導入、改変することや、使用コドンの最適化（特開昭５９−１２５８９５）などが挙げられる。
【００２６】
リジン脱炭酸酵素の細胞内もしくは細胞表面での活性を上昇させる手段としては、リジン脱炭酸酵素の構造遺伝子自体に変異を導入して、リジン脱炭酸酵素そのものの活性を上昇させることも挙げられる。
【００２７】
遺伝子に変異を生じさせるには、部位特異的変異法（Ｋｒａｍｅｒ，Ｗ．ａｎｄｆｒｉｔａ，Ｈ．Ｊ．，ＭｅｔｈｏｄｓｉｎＥｎｚｙｍｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．１５４，Ｐ．３５０（１９８７））リコンビナントＰＣＲ法（ＰＣＲＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｔｏｃｋｔｏｎＰｒｅｓｓ（１９８９）、特定の部分のＤＮＡを化学合成する方法、または当該遺伝子をヒドロキシアミン処理する方法や当該遺伝子を保有する菌株を紫外線照射処理、もしくはニトロソグアニジンや亜硝酸などの化学薬剤で処理する方法がある。
【００２８】
組換え細胞としては、微生物、動物、植物、または昆虫由来のものが好ましく使用できる。例えば動物を用いる場合、マウス、ラットやそれらの培養細胞などが用いられる。植物を用いる場合、例えばシロイヌナズナ、タバコやそれらの培養細胞が用いられる。また、昆虫を用いる場合、例えばカイコやその培養細胞などが用いられる。また、微生物を用いる場合、例えば、大腸菌などが用いられる。
【００２９】
また、リジン脱炭酸酵素を複数種組み合わせて使用しても良い。
【００３０】
リジン脱炭酸酵素を得るために、組換え細胞を培養する方法に特に制限はないが、例えば微生物を培養する場合、使用する培地は、炭素源、窒素源、無機イオンおよび必要に応じその他有機成分を含有する培地が用いられる。例えば、大腸菌の場合しばしばＬＢ培地が用いられる。炭素源としては、グルコース、ラクトース、ガラクトース、フラクトース、アラビノース、マルトース、キシロース、トレハロース、リボースや澱粉の加水分解物などの糖類、グリセロール、マンニトールやソルビトールなどのアルコール類、グルコン酸、フマール酸、クエン酸やコハク酸等の有機酸類を用いることができる。窒素源としては、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機アンモニウム塩、大豆加水分解物などの有機窒素、アンモニアガス、アンモニア水等を用いることができる。有機微量栄養素としては、各種アミノ酸、ビタミンＢ１等のビタミン類、ＲＮＡ等の核酸類などの要求物質または酵母エキス等を適量含有させることが望ましい。それらの他に、必要に応じて、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、鉄イオン、マンガンイオン等が少量添加される。
【００３１】
培養条件にも特に制限はなく、例えば大腸菌の場合、好気条件下で１６〜７２時間程度実施するのが良く、培養温度は３０℃〜４５℃に、特に好ましくは３７℃に、培養ｐＨは５〜８に、特に好ましくはｐＨ７に制御するのがよい。なおｐＨ調整には無機あるいは有機の酸性あるいはアルカリ性物質、さらにアンモニアガス等を使用することができる。
【００３２】
増殖した細胞内発現組み換え細胞は、遠心分離等により培養液から回収することができる。回収した細胞内発現組み換え細胞から細胞破砕液を調整するには、通常の方法が用いられる。すなわち、細胞内発現組み換え細胞を超音波処理、ダイノミル、フレンチプレス等の方法にて破砕し、遠心分離により細胞残渣を除去することにより細胞破砕液が得られる。
【００３３】
細胞破砕液からリジン脱炭酸酵素を精製するには、硫安分画、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、等電点沈殿、熱処理、ｐＨ処理など酵素の精製に通常用いられる手法が適宜組み合わされて用いられる。
【００３４】
一般的な工業化される酵素反応は休止細胞を用いるが、本発明においては作用させるリジン脱炭酸酵素は、リジン脱炭酸酵素活性を有する休止細胞、その細胞破砕液などが使用できるが、細胞破砕液が好ましい。細胞破砕液を用いるとより高生産速度で１，５−ジアミノペンタンが得られる。
【００３５】
さらに、部分的に精製したリジン脱炭酸酵素を作用させることによりリジンの分解および１，５−ジアミノペンタンの分解を抑制することができ、より高収率かつ高純度の１，５−ジアミノペンタンが得られる。部分的な精製とは、工業的に容易な処理のみ行うことであり例えば熱処理、ｐＨ処理等が挙げられる。好ましくは熱処理である。さらに好ましくは単離精製したリジン脱炭酸酵素を作用させることである。リジン脱炭酸酵素を部分的に精製、または単離精製することで、リジンの分解や１，５−ジアミノペンタンの分解を引き起こす酵素を取り除くことができる。
【００３６】
一般的に酵素というものは本来あるべきアミノ酸配列で自然界に存在するため、人工的にアミノ酸配列を付与もしくは欠如させると酵素の活性を失うことが多い。しかし本発明において細胞内にリジン脱炭酸酵素を発現させる場合、リジン脱炭酸酵素のＮ末端アミノ酸配列に１から３０個のアミノ酸配列を付与したリジン脱炭酸酵素が好ましく使用できる。ここで、Ｎ末端に付与するものは６から１０個のヒスチジン残基が好ましい。このように、Ｎ末端アミノ酸配列にアミノ酸を付与することで、リジン脱炭酸酵素の精製を簡便にできるようにすることができる。Ｎ末端アミノ酸配列に１から３０個のアミノ酸を付与する方法に特に制限はない。例えばリジン脱炭酸酵素遺伝子に付与したいアミノ酸配列に相当する塩基配列を遺伝子工学的手法を用い、組み換えればよい。用いる遺伝子工学的手法に特に制限はないが。好ましくはＰＣＲ法やＤＮＡ断片同士の連結による方法がある。
【００３７】
リジン脱炭酸酵素によるリジン塩水溶液から１，５−ジアミノペンタンへの変換は、上記のようにして得られるリジン脱炭酸酵素を、リジン塩水溶液に接触させることによって行うことができる。
【００３８】
用いるリジン脱炭酸酵素の量に特に制限はない。、リジン塩水溶液を１，５−ジアミノペンタンに変換する反応を触媒するのに十分な量であればよい。好ましくは反応液中の酵素濃度が２５から７０ｍｇ／Ｌである。好ましくは５０ｍｇ／Ｌである。一方、休止細胞を使用する際は、反応液中の細胞濃度が５から１５ｇ／Ｌである。好ましくは１０ｇ／Ｌである。
【００３９】
反応温度は、通常、２８〜５５℃、好ましくは４５℃前後である。
【００４０】
反応液の状態に特に制限はない。好ましくは静置または攪拌状態である。攪拌状態にする方法には特に制限はない。好ましくは攪拌翼により攪拌する方法である。
【００４１】
本発明で使用するリジン脱炭酸酵素は、固定化することで繰り返し１，５−ジアミノペンタン合成反応に使用することができ、酵素の調製に必要なコストを低減させることができる。固定化方法としては、アクリルアミドなどの合成高分子に包括する方法、セファロースやスチレン樹脂を骨格とするイオン交換性担体や疎水性担体に吸着させる方法、または、ガラス担体に共有結合で結合させる方法などが挙げられる。
【００４２】
反応時間は、使用する酵素活性、リジン塩濃度などの条件によって異なるが、通常、１〜７２時間である。また、反応は、リジン塩を供給しながら連続的に行ってもよい。
【００４３】
このように生成した１，５−ジアミノペンタンを反応終了後、反応液から採取する方法としては、反応終了液をアルカリでｐＨ１２から１４にし、極性有機溶媒で抽出すれば良い。
【００４４】
用いるアルカリに特に制限はない。好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムを用いることができる。
【００４５】
用いる極性有機溶媒に特に制限はない。好ましくはアニリン、シクロヘキサノン、１−オクタノール、イソブチルアルコール、シクロヘキサノール、クロロホルムを用いることができる。
【００４６】
本発明のポリアミド樹脂の製造方法としては、公知の方法が適用可能であり、例えば「ポリアミド樹脂ハンドブック」（福本修編）等に開示されている方法が使用できる。１，５−ジアミノペンタンとシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸のような脂肪族ジカルボン酸の塩またはシクロプロパンジカルボン酸のような脂環式ジカルボン酸の塩、および水の混合物を高温で加熱し、脱水反応を進行させる加熱重縮合法、また１，５−ジアミノペンタンを水に溶解し、シュウ酸クロリド、マロン酸クロリド、コハク酸クロリド、グルタル酸クロリドのような脂肪族ジカルボン酸クロリドまたはシクロプロパンジカルボン酸クロリドのような脂環式ジカルボン酸クロリドを水と混ざらない有機溶媒に溶解しておき、これら水相と有機相の界面で重縮合させる方法（界面重縮合法）などが挙げられる。ここで、加熱重縮合とは、製造時のポリアミド樹脂の最高到達温度を１００℃以上に上昇させる製造プロセスと定義する。界面重縮合は、有機溶媒を用いること、重縮合時の副生成物となる塩酸を中和することが必要であることなどプロセスが複雑であるため、工業的に製造するには加熱重縮合法を用いることが好ましい。また、加熱重縮合後、固相重合することによって、分子量を上昇させることも可能である。固相重合は、１００℃〜融点の温度範囲で、真空中、あるいは不活性ガス中で加熱することにより進行し、加熱重縮合では分子量が不十分なポリアミド樹脂を高分子量化することができる。
【００４７】
また、本発明のポリアミド樹脂には本発明の効果を損なわない範囲で他の成分、例えば酸化防止剤や耐熱安定剤（ヒンダードフェノール系、ヒドロキノン系、ホスファイト系およびこれらの置換体、ハロゲン化銅、ヨウ素化合物等）、耐候剤（レゾルシノール系、サリシレート系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系、ヒンダードアミン系等）、離型剤及び滑剤（脂肪族アルコール、脂肪族アミド、脂肪族ビスアミド、ビス尿素及びポリエチレンワックス等）、顔料（硫化カドミウム、フタロシアニン、カーボンブラック等）、染料（ニグロシン、アニリンブラック等）、結晶核剤（タルク、シリカ、カオリン、クレー等）、可塑剤（ｐ−オキシ安息香酸オクチル、Ｎ−ブチルベンゼンスルホンアミド等）、帯電防止剤（アルキルサルフェート型アニオン系帯電防止剤、４級アンモニウム塩型カチオン系帯電防止剤、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレートのような非イオン系帯電防止剤、ベタイン系両性帯電防止剤等）、難燃剤（メラミンシアヌレート、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物、ポリリン酸アンモニウム、臭素化ポリスチレン、臭素化ポリフェニレンオキシド、臭素化ポリカーボネート、臭素化エポキシ樹脂あるいはこれらの臭素系難燃剤と三酸化アンチモンとの組み合わせ等）、充填剤（グラファイト、硫酸バリウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化鉄、硫化亜鉛、亜鉛、鉛、ニッケル、アルミニウム、銅、鉄、ステンレス、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ベントナイト、モンモリロナイト、合成雲母等の粒子状、繊維状、針状、板状充填材）、他の重合体（他のポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ＡＢＳ樹脂、ＳＡＮ樹脂、ポリスチレン等）を任意の時点で添加することができる。
【００４８】
本発明のポリアミド樹脂は、射出成形、押出成形、ブロー成形、真空成形、溶融紡糸、フィルム成形などの任意の成形方法により、所望の形状に成形でき、機械部品などの樹脂成形品、衣料・産業資材などの繊維、包装・磁気記録などのフィルムとして使用することができる。
【００４９】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の記載に限定されるものではない。
【００５０】
［１，５−ジアミノペンタン中の環状アミンの定量（ＧＣ−ＭＳ）］
下記条件でＧＣ−ＭＳ分析して、１，５−ジアミノペンタン中に含まれる２，３，４，５−テトラヒドロピリジンおよびピぺリジン含量を定量した。
装置：ヒューレットパッカード製ＨＰ５８９０質量検出器
カラム：５％−ジフェニル−９５％−ジメチルポリシロキサン

【００５１】
［ＤＳＣ（示差走査熱量測定）］
セイコー電子工業製ロボットＤＳＣＲＤＣ２２０を用い、窒素雰囲気下、試料を約５ｍｇを採取し、次の条件で測定した。溶融状態から、２０℃／分の降温速度で、ガラス転移温度未満の温度まで降温し、３分間保持した後、３０℃から２０℃／分の昇温速度で昇温したときに観測される吸熱ピークの温度を求めた。ただし、吸熱ピークが２つ以上検出される場合には、ピーク強度の最も大きい吸熱ピークを融点とした。
【００５２】
［相対粘度（ηｒ）］
９８％硫酸中、０．０１ｇ／ｍｌ濃度、２５℃でオストワルド式粘度計を用いて測定を行った。
【００５３】
［溶融滞留試験］
溶融滞留安定性を評価するため、溶融滞留試験を行った。不活性ガス雰囲気下、ポリアミド樹脂の融点＋２０℃の温度で３０分間溶融滞留させた場合の相対粘度（ηｒ）保持率で溶融滞留安定性を評価する。相対粘度保持率は、溶融滞留させる前のポリアミド樹脂の相対粘度を１００％とした場合に、溶融滞留させた後の硫酸相対粘度が何％保持されているかを表す。従って１００％に近いほど、溶融滞留によるポリアミド樹脂の分解が少ないことを示し、溶融滞留安定性に優れたポリアミド樹脂を得ることができる。
【００５４】
溶融滞留試験は試験管に試料約５ｇを仕込み、窒素雰囲気下、融点＋２０℃の温度のシリコンバスに浸漬し、試料が完全に溶融してから３０分間放置した後、試料を回収して相対粘度測定を行い評価した。
【００５５】
［リジン濃度および１，５−ジアミノペンタン濃度のＨＰＬＣによる分析方法］
使用カラム：ＣＡＰＣＥＬＬＰＡＫＣ１８（資生堂）
移動相：０．１％（ｗ／ｗ）Ｈ３ＰＯ４：アセトニトリル＝４．５：５．５
検出：ＵＶ３６０ｎｍ
サンプル前処理：分析サンプル２５μｌに内標として０．０３Ｍ１，４−ジアミノブタンを２５μｌ、０．０７５Ｍ炭酸水素ナトリウムを１５０μｌおよび０．２Ｍ２，４−ジニトロフルオロベンゼンのエタノール溶液を添加混合し３７℃で１時間保温する。上記反応溶液５０μｌを１ｍｌアセトニトリルに溶解後、１０，０００ｒｐｍで５分間遠心した後の１０μｌをＨＰＬＣ分析した。
【００５６】
参考例１（リジン脱炭酸酵素の調整）
（１）リジン脱炭酸酵素遺伝子のクローニングおよび細胞内発現ベクターの作製
リジン脱炭酸酵素を用いてリジン塩から１，５−ジアミノペンタンに変換させるために、Ｅ．ｃｏｌｉのリジン脱炭酸酵素遺伝子（ｃａｄＡ）のクローニングを行った。
【００５７】
データベース（ＧｅｎＢａｎｋ）に登録されているリジン脱炭酸酵素遺伝子（ｃａｄＡ）（ＡｃｃｅｓｓｉｏｎＮｏ．Ｍ７６４１１）の塩基配列を参考にオリゴヌクレオチドプライマー５−ａｔｇａａｃｇｔｔａｔｔｇｃａａｔａｔｔｇ−３’（配列番号：１）、５’− ｇｃｔｇａｔｇｇｇｔｇａｇａｔａｇａａｔｇ−３’（配列番号：２）を合成した。Ｅ．ｃｏｌｉＫ１２株（ＡＴＣＣ１０７９８）から常法に従い調整したゲノムＤＮＡの溶液を増幅鋳型として０．２ｍｌのミクロ遠心チューブに０．２μｌづつ取り、各プライマーを２０ｐｍｏｌ、２０ｍＭトリス塩酸緩衝液（ｐＨ８．０）、２．５ｍＭＫＣｌ、１００μｇ／ｍｌゼラチン、５０μＭ各ｄＮＴＰ、２単位ＬＡＴａｑＤＮＡポリメラーゼ（宝酒造製）となるように各試薬を加え、全量を５０μｌとした。ＤＮＡの変性条件を９４℃、３０秒、プライマーのアニーリング条件を５５℃、３０秒、ＤＮＡプライマーの伸長反応条件を７２℃、３分の各条件でＢｉｏＲａｄ社のサーマルサイクラーを用い、３０サイクル反応させた（ポリメラーゼ連鎖反応：以後、ＰＣＲ法と記す）。尚、本実施例におけるＰＣＲ法は特に断らない限り、本条件にて行った。このＰＣＲ法により得られた産物を１％アガロースにて電気泳動し、ｃａｄＡ遺伝子を含む約２．１ｋｂのＤＮＡ断片を常法に従い調整した。この断片を、プラスミドベクターｐＴ７ｂｌｕｅ（Ｎｏｖａｇｅｎ社製）のＥｃｏＲＶ部位の３’−末端にＴ塩基が付加された間隙に、常法に従ったライゲーション反応により挿入し、得られたプラスミドをｐＴ７−ｃａｄＡと命名した。
【００５８】
このｐＴ７−ｃａｄＡを増幅鋳型として、オリゴヌクレオチド５’− ｃｇｃｃａｔｇｇｇｃｃａｔｃａｔｃａｔｃａｔｃａｔｃａｔｃａｔｃａｔａｔｇａａｃｇｔｔａｔｔｇｃａａｔａｔｔｇ −３’（配列番号：３）、５’− ｃｇｃｇｇａｔｃｃｇｃｔｇａｔｇｇｇｔｇａｇａｔａｇａａｔｇ −３’（配列番号：４）をプライマーセットとしたＰＣＲ法を行った。ここで得られる産物は、オリゴヌクレオチド（配列番号：３）由来の塩基配列と、（配列番号：４）由来の塩基配列が、それぞれｃａｄＡ遺伝子を含むＤＮＡ断片の５’末端、および３’末端に付加されている。この産物を１％アガロースにて電気泳動し、約２．１ｋｂのＤＮＡ断片を常法に従い調整した。この断片を、プラスミドベクターｐＴ７ｂｌｕｅ（Ｎｏｖａｇｅｎ社製）のＥｃｏＲＶ部位の３’−末端にＴ塩基が付加された間隙に、常法に従ったライゲーション反応により挿入し、得られたプラスミドをｐＴ７−ｃａｄＡ１と命名した。
【００５９】
このｐＴ７−ｃａｄＡ１をＮｃｏＩ、及びＢａｍＨＩで消化し、得られた２．１ｋｂのＮｃｏＩ−ＢａｍＨＩ断片を、予めＮｃｏＩ、及びＢａｍＨＩで消化しておいたｐＴＶ１１８Ｎ（宝酒造製）のＮｃｏＩ／ＢａｍＨＩ間隙に常法に従ったライゲーション反応により挿入し、得られたプラスミドをｐＬＤＣ１と命名した（図１）。このプラスミドを導入した大腸菌を培養することで、リジン脱炭酸酵素のＮ末端アミノ酸配列に６個のヒスジチン残基が付加された分子量約８０ｋＤａの組み換えリジン脱炭酸酵素を生産することができる。
【００６０】
（２）組み換えリジン脱炭酸酵素の産生
ｐＬＤＣ１でＥ．ｃｏｌｉＪＭ１０９株をアンピシリン耐性に形質転換し、得られた形質転換体をＪＭ１０９／ｐＬＤＣ１株と命名した。
【００６１】
次にＪＭ１０９／ｐＬＤＣ１株で組み換えリジン脱炭酸酵素を産生させた。まず、ＪＭ１０９／ｐＬＤＣ１株をそれぞれ５０μｇ／ｍｌのアンピシリンナトリウムを含んだ滅菌ＬＢ培地（Ｓａｍｂｒｏｏｋ、Ｊ．ｅｔ．ａｌ、２００１、ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｎｇ３ｒｄ．ｅｄｉｔｉｏｎ、ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨａｒｂｏｒＬａｂ．Ｐｒｅｓｓ）（ＬＢ−ａｍｐ培地）５ｍｌに１白金耳植菌し、３７℃で２４時間振とうして前培養を行った。
【００６２】
この前培養液をＬＢ−ａｍｐ培地５０ｍｌに全量植菌し、３７℃、振幅３０ｃｍで、１８０ｒｐｍの条件下で３時間培養した後に１ｍＭＩＰＴＧ（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ−１−ｔｈｉｏ−β−Ｄ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄｅ）添加し、更に４時間培養した。対照実験として、ＪＭ１０９株をｐＴＶ１１８Ｎで形質転換した形質転換体（以後、ＪＭ１０９／ｐＴＶ１１８Ｎ株とする）を用い同様の培養を行った。こうして得られた菌体を集め、５ｍｌのＴＢＳ緩衝液（宝酒造製）に再懸濁後、超音波破砕および遠心分離により細胞破砕液を調製した。これらのリジン脱炭酸酵素活性の測定を単位時間当たりに生成する１，５−ジアミノペンタンの濃度を測定することにより行った。その結果、対照実験であるＪＭ１０９／ｐＴＶ１１８Ｎ株由来の細胞破砕液に対して、ＪＭ１０９／ｐＬＤＣ１株においてはリジン脱炭酸酵素活性は約１００倍に上昇していた。また、この細胞破砕液をＳＤＳ−ＰＡＧＥで分画し、Ｐｅｎｔａ−ＨｉｓＡｎｔｉｂｏｄｙ抗体（ＱＩＡＧＥＮ社製）でウエスタンブロッティングを行った結果、ＪＭ１０９／ｐＬＤＣ１株由来の細胞破砕液のみから、分子量約８０ｋＤａの組み換えリジン脱炭酸酵素を検出した。
【００６３】
（３）組み換えリジン脱炭酸酵素の精製
この組み換えリジン脱炭酸酵素は、Ｎ末端アミノ酸配列に６個のヒスチジン残基があることこから、ニッケルイオンとの相互作用を利用した精製を行った。
まず、１０ｍｌのキレーティングセファロースファーストフロー（ＣｈｉｌａｔｉｎｇＳｅｐｈａｒｏｓｅＦａｓｔＦｌｏｗ）担体（アマシャムバイオサイエンス社製）を充填したカラムシステムを構築した。このカラムに５０ｍｌの５０ｍＭ硫酸ニッケル水溶液、５０ｍｌのＴＢＳ緩衝液の順で流した後、（２）と同様の方法で得られたＪＭ１０９／ｐＬＤＣ１株の５００ｍＬ培養液由来の５０ｍｌ細胞破砕液を流した。その後、１００ｍｌの５ｍＭイミダゾールを含むＴＢＳ緩衝液、１００ｍｌの５０ｍＭイミダゾールを含むＴＢＳ緩衝液をこの順序で流した。更に５０ｍｌの６００ｍＭイミダゾールを含むＴＢＳ緩衝液を流した。カラムに流した各々の緩衝液のリジン脱炭酸酵素活性を（２）と同様の方法で測定したところ、６００ｍＭイミダゾールを含むＴＢＳ緩衝液のみに活性があった。また、カラムに流した各々の緩衝液をＳＤＳ−ＰＡＧＥし、クマシーブリリアントブルーで染色したところ、６００ｍＭイミダゾールを含むＴＢＳ緩衝液から、約８０ｋＤａの単一バンドを検出した。また、カラムに流した各々の緩衝液を（２）と同様の方法でウエスタンブロッティングを行ったところ、６００ｍＭイミダゾールを含むＴＢＳ緩衝液のみに約８０ｋＤａタンパク質を検出し、この精製タンパク質はリジン脱炭酸酵素活性を有する組み換えリジン脱炭酸酵素であることを確認した。
【００６４】
参考例２（１，５−ジアミノペンタンの製造）
１．３５Ｍリジン塩酸塩（和光純薬工業製）、０．１ｍＭピリドキサルリン酸（和光純薬工業製）、５０ｍｇ／Ｌ−精製リジン脱炭酸酵素（参考例１で調製）となるように調製した水溶液１０００ｍｌを、４５℃で４８時間反応させ、１，５−ジアミノペンタン塩酸塩を得た。この水溶液に水酸化ナトリウムを添加することによって１，５−ジアミノペンタン塩酸塩を１，５−ジアミノペンタンに変換し、クロロホルムで抽出して、減圧蒸留（１０ｍｍＨｇ、６０℃）することにより、１，５−ジアミノペンタンを得た。ＧＣ−ＭＳ分析により２，３，４，５−テトラヒドロピリジン、ピペリジンの含量を定量した結果、それぞれ０．２０、０．０１２ｗｔ％であった。
【００６５】
参考例３（１，５−ジアミノペンタンの製造）
リジン塩酸塩２０ｇ（和光純薬工業製）シクロヘキサノール１００ｍｌ（シグマアルドリッチジャパン製）に懸濁し、次いで２８％ナトリウムメトキシド／メタノール溶液（シグマアルドリッチジャパン製）２１．２ｍｌ、２−シクロヘキセン−１−オン１ｍｌ（シグマアルドリッチジャパン製）を加え、１５５℃で３時間加熱撹拌した。反応終了後、反応混合物に塩化水素４ｇ（シグマアルドリッチジャパン製）を含むイソプロパノール溶液２０ｍｌ（シグマアルドリッチジャパン製）を加え、析出した生成物を回収し、乾燥することにより１，５−ジアミノペンタン塩酸塩を得た（特公平４−１０４５２の実施例４記載の方法）。この水溶液に、水酸化ナトリウム水溶液を添加することによって１，５−ジアミノペンタン塩酸塩を１，５−ジアミノペンタンに変換し、クロロホルムで抽出して、減圧蒸留（１０ｍｍＨｇ、６０℃）することにより、１，５−ジアミノペンタンを得た。ＧＣ−ＭＳ分析により２，３，４，５−テトラヒドロピリジン、ピペリジンの含量を定量した結果、それぞれ１．５、０．０２６ｗｔ％であった。
【００６６】
参考例４（１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸の塩の調製）
参考例２の１，５−ジアミノペンタンの水溶液を、４０℃のウォーターバスに浸して撹拌しているところに、炭素数２〜５のジカルボン酸（東京化成工業製）を約１ｇずつ、中和点付近では約０．２ｇずつ添加していき、ジカルボン酸添加量に対する水溶液のｐＨ変化から中和点を求めた。中和点のｐＨになるように、１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸の等モル塩の５０ｗｔ％水溶液を調製した。
【００６７】
参考例５（１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸の塩の調製）
参考例３の１，５−ジアミノペンタンの水溶液を、４０℃のウォーターバスに浸して撹拌しているところに、炭素数２〜５のジカルボン酸（東京化成工業製）を約１ｇずつ、中和点付近では約０．２ｇずつ添加していき、ジカルボン酸添加量に対する水溶液のｐＨ変化から中和点を求めた。中和点のｐＨになるように、１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸の等モル塩の５０ｗｔ％水溶液を調製した。
【００６８】
［実施例１］
参考例４で調製した１，５−ジアミノペンタンとグルタル酸の等モル塩の５０ｗｔ％水溶液５０．０ｇを試験管に仕込み、オートクレーブに入れて、密閉し、窒素置換した。ジャケット温度を２３０℃に設定し、加熱を開始した。缶内圧力が１７．５ｋｇ／ｃｍ^２に到達した後、缶内圧力を１７．５ｋｇ／ｃｍ^２で２時間保持した。その後、ジャケット温度を２５０℃に設定し、２時間かけて缶内圧力を常圧に放圧した。その後、缶内温度が２５０に到達した時点で、加熱を停止した。室温に放冷後、試験管をオートクレーブから取り出し、ポリアミド樹脂を得た。
【００６９】
［実施例２］
参考例４で調製した１，５−ジアミノペンタンとコハク酸の等モル塩の５０ｗｔ％水溶液５０．０ｇを試験管に仕込み、オートクレーブに入れて、密閉し、窒素置換した。ジャケット温度を２２０℃に設定し、加熱を開始した。缶内圧力が１７．５ｋｇ／ｃｍ^２に到達した後、缶内圧力を１７．５ｋｇ／ｃｍ^２で２時間保持した。その後、２時間かけて缶内圧力を常圧に放圧し、缶内温度が２２０に到達した時点で、加熱を停止した。室温に放冷後、試験管をオートクレーブから取り出して低次縮合物を得、更に１８０℃、０．３Ｔｏｒｒで１２時間固相重合することでポリアミド樹脂を得た。
【００７０】
［比較例１］
参考例５で調製した１，５−ジアミノペンタンとグルタル酸の等モル塩の５０ｗｔ％水溶液を用いる以外は、実施例１と全く同様の方法でポリアミド樹脂を得た。
【００７１】
［比較例２］
参考例５で調製した１，５−ジアミノペンタンとコハク酸の等モル塩の５０ｗｔ％水溶液用いる以外は、実施例２と全く同様の方法でポリアミド樹脂を得た。
【００７２】
【表１】

【００７３】
実施例１、２と比較例１、２の比較により、実施例では溶融滞留時の相対粘度保持率が大きく、溶融滞留安定性に優れるポリアミド樹脂が得られることを確認した。
【００７４】
【発明の効果】
バイオ合成法により産出される１，５−ジアミノペンタンを用いることで、溶融滞留安定性に優れたポリアミド樹脂を得ることができる。

Claims

１，５−ジアミノペンタンと炭素数２〜５のジカルボン酸から構成されるポリアミド樹脂であって、該１，５−ジアミノペンタンが、リジン脱炭酸酵素活性の向上した組換え微生物またはその抽出物を用いて、リジンから産出されたものであることを特徴とするポリアミド樹脂。
前記１，５−ジアミノペンタン中の２，３，４，５−テトラヒドロピリジンとピペリジンの総含有量が０．５ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１記載のポリアミド樹脂。