Resin reinforcement ability of surface modified cellulose nanofiber with polydopamine

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セルロースナノファイバー(CNF)の樹脂補強フィラーとしての性能，汎用性を高めるための表面修飾法の開発を行っている。具体的には，様々な固体に接着性を示すポリドーパミン(PDA)によりCNF表面をコーティングし，さらにPDA層に種々の官能基を導入する。今年度はオクタデシルアミン(ODA)を用いた官能基導入による表面修飾を対象とし，官能基導入速度の温度依存性の検討，および反応機構を記述するモデルの構築を試みた。PDA修飾CNFの分散液にODAを添加し，所定の温度(30~60℃)で反応を進行させ，ODA濃度の経時変化を追跡した。ODA濃度は実験初期の10時間程度で迅速に減少した後，数百時間にわたり緩やかに減少するという2段階の挙動を示した。この経時変化を説明するために，ODAのPDA層表面への平衡吸着および吸着したODAの付加反応から成るモデルを構築した。このモデルにより，実験で見られた2段階のODA濃度変化を良好に表現することができた。またモデルを実験結果にフィッティングし，吸着平衡定数，付加反応速度定数を評価したところ，それらの温度依存性がファントホッフの式，アレニウスの式に従うことを確認でき，モデルの妥当性が示された。また，マイクロカプセルの高強度化を目的とし，PDA修飾CNFのカプセル殻材への利用についての研究を行っている。蓄熱材料への応用を想定し，室温で固液相転移し融解潜熱の大きいヘキサデカン(HD) を芯物質として選択した。CNFの分散液中でのHDの超音波乳化によりマイクロカプセルを作製した。CNFとHDの重量比により粒径の制御が可能であることを確認した。また，PDA修飾CNFを殻剤に用いることで，ジアルデヒドによる架橋によりファイバー間空隙由来の細孔を低減し，カプセルの密閉性を向上できる可能性が示された。以上の研究結果の一部は化学工学会第88年会にて発表した。