TEMPO酸化セルロースナノファイバーの表面化学改質

TEMPO氧化纤维素纳米纤维的表面化学改性

基本信息

批准号：
11J03027
负责人：
藤澤秀次
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03027/
关键词：
セルロース TEMPO触媒酸化複合材料ポリ乳酸ポリスチレン

项目摘要

近年、最も地球上に多量に存在する植物資源(バイオマス)であるセルロースの材料利用が重要視されている中、セルロース系新規ポリマーナノコンポジットの調製を行った。ポリマーマトリックスとしては、ポリ乳酸(PLLA)を用いた。PLLAは生分解性プラスチックとして、石油由来プラスチックの代替として用途拡大が期待されているが、強度・耐熱性に課題がある。よって本研究では、セルロースナノフィブリルをポリ乳酸中でフィラーとして用いたバイオ系ポリマーナノコンポジットを調製し、上述の課題解決を行った。本手法により得られたポリマーナノコンポジットはこれまで報告されているセルロース/ポリ乳酸コンポジットよりも優れた強度を示した。フィルムの力学物性を引張試験により評価したところ、PEG-TOCN添加量に伴ってフィルムのヤング率・最大強度が増加した。ヤング率の増加傾向は、理論式であるHalpin-Tsai式、Voigt-Reuss式と極めてよく一致しており結晶性セルロースナノフィブリルの補強効果を最大限に発揮できたと言える。さらに、1wt%の添加で破断仕事が52%増加した。これは、これまで課題とされていた、セルロースナノフィブリルの分散性およびポリマーマトリックスとの相互作用を改善し、結晶性セルロースナノフィブリルの補強ポテンシャルを最大限に発揮できたためであると分かった。また、表面改質したセルロースナノフィブリルは優れた核剤効果を示すことが分かった。このように、本研究によってポリ乳酸の課題である強度と耐熱性を改善でき、ポリ乳酸の用途拡大が大いに期待できるといえる。これら結果は、循環型社会構築が叫ばれる現代において非常に大きな成果である。

近年来，随着使用纤维素的重要性，已经准备好了地球上最丰富的植物资源（生物量），已经制备了新的基于纤维素的聚合物纳米复合材料。主要乳酸（PLLA）用作聚合物基质。预计PLLA将扩大用作可生物降解的塑料的用途，可替代石油衍生的塑料，但其强度和耐热性具有问题。因此，在这项研究中，准备使用纤维素纳米纤维作为填充物中的聚合物纳米复合材料，以解决上述问题。通过这种方法获得的聚合物纳米复合材料表现出比以前报道的纤维素/多乳酸复合材料的优势强度。当通过拉伸试验评估膜的机械性能时，随着添加的PEG-TOCN的量，年轻的模量和膜的最大强度增加。 Young模量的趋势与理论公式Halpin-tsai和Voigt-Reuss非常相似，可以说是最大化结晶纤维素纳米纤维的增强作用。此外，增加了1 wt％的增加，使破裂工作增加了52％。之所以发现这是因为纤维素纳米纤维的分散性以及与聚合物基质的相互作用（以前是一个挑战）得到了改善，并且可以最大化结晶纤维素纳米纤维的增强潜力。还发现表面修饰的纤维素纳米纤维表现出极好的核剂作用。因此，这项研究可以提高强度和耐热性，这些强度和耐热性是多乳酸的问题，可以说，高度预期的是，二乳酸会扩大其使用。这些结果在当今世界中的创建中是极为重要的结果。