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Resin reinforcement ability of surface modified cellulose nanofiber with polydopamine

聚多巴胺表面改性纤维素纳米纤维的树脂增强能力

基本信息

批准号：
21H01705
负责人：
長嶺信輔
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

The resin reinforcement of CNF has high performance and versatility. The development of surface modification method has been carried out. Specifically, the adhesion of the solid is shown by the introduction of functional groups into the surface of the CNF. This year, we will study the surface modification during the introduction of functional groups using OXADIS ® (ODA), discuss the temperature dependence of the introduction rate of functional groups, and describe the reaction mechanism. When ODA was added to PDA-modified CNF dispersion, the reaction temperature (30~60℃) was determined, and the concentration of ODA changed with time. ODA concentration decreased rapidly in the initial 10 days, then decreased slowly in the middle of the second stage in the hundreds of days. This time, the PDA layer surface of ODA is adsorbed on the surface of the PDA layer, and the ODA layer is adsorbed on the surface of the PDA layer. The concentration of ODA in the 2-step system was found to be very high. The temperature dependence of the adsorption equilibrium is evaluated. The adsorption equilibrium is determined. The reaction velocity is determined. The temperature dependence of the adsorption equilibrium is determined. The temperature dependence of the adsorption equilibrium is determined. The adsorption equilibrium is determined. In order to improve the strength of PDA-modified CNF, the research on the utilization of PDA-modified CNF shell was carried out. The heat storage material is suitable for heat storage applications, such as solid-liquid phase transition at room temperature, latent heat of melting, and core material selection. Ultrasonic emulsification of HD in CNF dispersion The weight ratio of CNF to HD is confirmed. In addition, the possibility of reducing the porosity of the PDAs and improving the tightness of the PDAs is shown. Some of the above results were presented at the 88th Annual Meeting of the Society of Chemical Engineering.