アルカリ/尿素系溶液を用いて調製した再生セルロース複合化フィルムの物性解析

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アルカリ(水酸化リチウム)・尿素溶液から調製された再生セルロース(AUC)・サポナイト(SPN)のナノ複合フィルムは高い光透過率と柔軟性を示した。複合フィルム内ではサポナイトのペレットはインターカレートした層状構造を取る。セルロースII型結晶及びサポナイトの長軸はいずれもフィルムの表面に平行して配向した。サポナイトの分散性が良好で配向性が高かったため、セルロースフィルムに比べて複合フィルムはより良い機械強度、ヤング率、熱安定性及びガスバリア性を示した。破断仕事や破断伸び率においても、複合フィルムのほうがすぐれていた。更に、湿潤状態での引張により配向性が向上した複合フィルムを乾燥状態で引張試験に供したところ、引張強度とヤング率はそれぞれ241MPa、7.7 GPaに達した。以上により、AUC-SPNフィルムは包装材料に適した良好な物性を有することが分かった。再生セルロースフィルムをカチオン性アルキルケテンダイマー(AKD)の水分散液に浸漬し疎水化させた。共有結合を作らなかったAKDをクロロホルム、熱湯、及びジオキサン・水混合液によって順次に抽出し、フィルム表面に残存したAKD関連物質について調べた。抽出後、フィルムに残存するAKDはほとんど検出されなかったが、水接触角は依然として高かった。一方、C6の水酸基のほとんどがカルボキシル基に変換されたTEMPO酸化セルロースナノファイバー(TOCN)で調製したフィルムに対し同様の処理を施したところ、抽出前後の水接触角には顕著な差があった。この結果により、抽出前のフィルムにおいて、AKDのほとんどは未反応なままで、物理的相互作用によってセルロースフィルムやTOCNフィルムに吸着していたが、抽出処理により完全に除去された。一方、AKD・セルロース界面に存在した微量のAKDは抽出処理によって除去されないβ-ケトエステルを形成したことが示唆された。このAKDの疎水化メカニズムの解明は製紙工業におけるサイジングを理解するための重要な知見となった。