Fabrication of highly aligned and integrated cellulose nanofibers by electrospinning

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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。