ポリエチレン/ポリプロピレンとセルロースナノ繊維から成る自己修復型複合材料の開発

植物パルプから開繊抽出したセルロースナノ繊維の優れた力学特性と高い反応性を有する化学修飾処理を組み合わせて紫外線(UV)による化学反応を応用した自己修復機能を有する高強度樹脂系複合材料を新規に開発することを目的とする.この目的を達成するために,まず修復機能に適したセルロースナノ繊維の抽出を行った.この際,修復能力と繊維径,繊維長などの繊維形態との関係を調査して,最適なナノ繊維抽出条件を明らかにすることを目的とする.その後,自己修復機能の根幹である化学反応性を考慮して様々な添加物質のスクリーニングを行う.その後,自己修復機能に及ぼす修復条件の影響について調査し,この自己修復機能を最大にする条件を明らかにするとともに自己修復メカニズムの解明に取り組んだ.平成24年度は,植物繊維パルプに対して水酸化ナトリウム,酢酸,塩酸,硫酸などを使用してアルカリ処理と酸処理を施して,余分の成分であるリグニン,ヘミセルロース,ペクチンを植物繊維パルプから除去するなどのマクロセルロースの前処理を行った.そして,超音波分散機を使用してマクロ繊維からナノ繊維への開繊を行った.この処理でナノ繊維状に分離されたセルロースナノ繊維を含む水溶液を,アルコールで置換して乾燥した.これらの試料に対して電子顕微鏡観察を行って実際にナノ繊維になっていることを確認した.その後,修復機能えお付与させるための化学処理を行い,マレイン酸変成ポリプロピレンとの複合材料を試作した.そして試作材に鋭利なナイフによりき裂(溝状の傷)を導入し,1時間のUV照射を行って自己修復機能の発現を検証した.その結果,一部き裂が修復されてそのクラック溝の間隔が減少しており,部分的な自己修復の発現が伺えた.このように局所化する原因として試料中のセルロースナノ繊維が偏在しており,均一分散になっていないこと,導入したき裂の大きさに対して修復量が相対的に小さいため対応する修復量を検出できなかった可能性などが考えられる.このため引き続き試料の作製とより微細なき裂の導入を行って,自己修復挙動の詳細について調査を行う予定である.

植物パルプから開繊抽出したセルロースナノ繊維の優れた力学特性と高い反応性を有する化学修飾処理を組み合わせて紫外線(UV)による化学反応を応用した自己修復機能を有する高強度樹脂系複合材料を新規に開発することを目的とする.この目的を達成するために,まず修復機能に適したセルロースナノ繊維の抽出を行った.この際,修復能力と繊維径,繊維長などの繊維形態との関係を調査して,最適なナノ繊維抽出条件を明らかにすることを目的とする.その後,自己修復機能の根幹である化学反応性を考慮して様々な添加物質のスクリーニングを行う.その後,自己修復機能に及ぼす修復条件の影響について調査し,この自己修復機能を最大にする条件を明らかにするとともに自己修復メカニズムの解明に取り組んだ.平成24年度は,植物繊維パルプに対して水酸化ナトリウム,酢酸,塩酸,硫酸などを使用してアルカリ処理と酸処理を施して,余分の成分であるリグニン,ヘミセルロース,ペクチンを植物繊維パルプから除去するなどのマクロセルロースの前処理を行った.そして,超音波分散機を使用してマクロ繊維からナノ繊維への開繊を行った.この処理でナノ繊維状に分離されたセルロースナノ繊維を含む水溶液を,アルコールで置換して乾燥した.これらの試料に対して電子顕微鏡観察を行って実際にナノ繊維になっていることを確認した.その後,修復機能えお付与させるための化学処理を行い,マレイン酸変成ポリプロピレンとの複合材料を試作した.そして試作材に鋭利なナイフによりき裂(溝状の傷)を導入し,1時間のUV照射を行って自己修復機能の発現を検証した.その結果,一部き裂が修復されてそのクラック溝の間隔が減少しており,部分的な自己修復の発現が伺えた.このように局所化する原因として試料中のセルロースナノ繊維が偏在しており,均一分散になっていないこと,導入したき裂の大きさに対して修復量が相対的に小さいため対応する修復量を検出できなかった可能性などが考えられる.このため引き続き試料の作製とより微細なき裂の導入を行って,自己修復挙動の詳細について調査を行う予定である.