樹木や竹の階層構造を利用した革新的セルロース材料の創製とその構造・物性評価

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木質バイオマスの階層構造、つまり組織・細胞、細胞壁、微細構造に至るまでの一連の構造はナノオーダーのセルロース繊維を緻密に組み上げ、その周囲をヘミセルロースやリグニンといったマトリックス成分で固めて形成されている。したがって、階層構造の骨格はそこに内在するセルロース繊維の集積体と見なせる。セルロースを単離する際、従来の方法ではこの骨格を保持するのは困難であり、また人工的に再構築することも簡単には実現できない。そこで本研究では、木質バイオマスから階層構造を保持しながら選択的にマトリックス成分を除去した新規セルロース材料の開発を試みた。その上で、木質バイオマスの構造を活かすことで得られる本材料の優位性を物性試験と絡めて調査した。上記の計画を遂行するため、スギ（Cryptomeria japonica）材から高度に制御されたセルロース集積体を取り出し、熱プレスによるシート材料化を実施した。そして、本材料を構成するセルロース繊維の長さ（その指標として重合度を採用）や配向性といったミクロの構造が材全体の引張特性に及ぼす影響を評価した。その結果、セルロース繊維を配向させることは引張弾性率（材料の変形しにくさ）や引張強さの劇的な向上につながり、また化学処理によるセルロース繊維の断片化を抑制することは引張強さの発現に必要不可欠であると示された。セルロース繊維の長さや配向の力学特性への関与はこれまで漠然と想定されてきたが、それを明確なデータで裏付けた点は意義深い。さらに、そうした構造特性を活かせる材料の設計に成功したことも本研究の独自性を示す上で重要である。以上の研究成果に関して、国内学会での発表および国際雑誌における報告を行い、積極的な情報発信に努めた。