Fabrication of highly aligned and integrated cellulose nanofibers by electrospinning

通过静电纺丝制造高度排列和集成的纤维素纳米纤维

• 批准号: 21K04686
• 负责人: 藤田 聡
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04686/
• 关键词: ナノファイバー; セルロースナノファイバー; エレクトロスピニング; 生分解性; 海洋分解性; PHBH; ポリエチレンオキシド; 配向性

セルロースナノファイバー(CNF)は次世代材料として期待されているが，疎水性の高い高分子樹脂中ではうまく配向を制御させることが困難であり，産業利用の障害となっている。そこで本研究では，エレクトロスピニング法を用いたボトムアップアプローチによるCNFの精密配向・集積化技術を提案する。本技術は生分解性薄層プラスチックシートの開発につながり，石油社会から持続的社会への転換に向けた革新的な産業技術となりうる。本年度は，生分解性ポリエステルへの応用を検討した。エレクトロスピニング法を利用して，基材となるポリ(3-ヒドロキシ酪酸-3-ヒドロキシヘキサン酸)共重合体（PHBH)の中にCNFを繊維軸方向に精密に配向させて包埋し，PHBHナノファイバー芯部にCNFを封入することでCNFのバンドル化を促進することを検討した。PHBH溶液とCNF水懸濁液を混合することで，CNF粒子により安定化したピッカリングエマルションが得られる。これのエレクトロスピニングをおこなうことで，CNFを２～6%含むPHBH/CNFナノファイバーシートを作成することに成功した。作成したPHBH/CNFナノファイバーシートの引張試験の結果，わずかなCNF添加量でPEOナノファイバーの機械的強度が著しく向上することが示された。またFTIR，DSC測定からは，内部に包埋されたCNF同士の相互作用が示された。これよりシートの強度の向上はCNFのバンドル化の寄与と考えられた。またTEM観察からも，PHBH/CNF微細繊維の軸方向に沿ってバンドル化したCNFが伸展して存在していることがわかった。以上より，エレクトロスピニング法を用いることで，PHBH微細繊維内部でCNFを配向・集積化できることが示された。さらに海水中での分解試験を実施し，作製したシートが海洋分解性を有することを示した。

CNF is expected to be used as a next-generation material, but it is difficult to control the alignment of water-based polymer resins and is a barrier to industrial utilization. In this paper, we propose a new method for precise alignment and integration of CNF. This technology is based on the development of biodegradable thin layers, and the transformation of oil society to innovative industrial technology. This year, the company has launched a series of research and development projects. The CNF in the center of the substrate (PHBH) is precisely aligned in the three-dimensional axis direction. The CNF in the center of the substrate (PHBH) is encapsulated and the CNF in the core is promoted. When PHBH solution and CNF aqueous suspension are mixed, CNF particles are stabilized. CNF is 2~6% inclusive of PHB/CNF. The mechanical strength of PEO is increased by the amount of CNF added. FTIR and DSC measurements show that the CNF interaction is internal. The intensity of the attack was high, and the attack was low. TEM observation shows that PHBH/CNF micro-dimension extends along the axis of CNF. The above is a description of PHBH micro-dimensional internal CNF alignment and integration. The decomposition of water in the sea is under control. The decomposition of water is under control.

项目成果

ポリマーブレンド溶液のエレクトロスピニング挙動に関する検討

聚合物共混溶液静电纺丝行为研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 浅野 成美;末 信一朗;藤田 聡
• 通讯作者: 藤田 聡

Seawater-degradable, tough, and fully bio-derived nonwoven polyester fibres reinforced with mechanically defibrated cellulose nanofibres

• DOI: 10.1039/d2en00441k
• 发表时间: 2022
• 期刊: Environmental Science: Nano
• 作者: Miyu Yamagata;Yoshiyasu Nagakawa;M. Irie;S. Suye;Satoshi Fujita

セルロースナノファイバー複合化による生分解性ポリエステルナノファイバーの強化

复合纤维素纳米纤维增强可生物降解聚酯纳米纤维

• 发表时间: 2021
• 作者: 山形 美結;末 信一朗;藤田 聡
• 通讯作者: 藤田 聡

複合繊維、その製造方法、および繊維製品

复合纤维、其制造方法以及纺织产品

• 发表时间: 2021

Bundling of Cellulose Nanofibers in PEO Matrix by Aqueous Electrospinning

通过水基静电纺丝在 PEO 基质中捆绑纤维素纳米纤维

• DOI: 10.2115/fiberst.2021-0024
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Fiber Science and Technology
• 影响因子: 0.6
• 作者: Yamagata Miyu;Uematsu Hideyuki;Maeda Yasushi;Suye Shin-ichiro;Fujita Satoshi
• 通讯作者: Fujita Satoshi