ポリ乳酸修飾鎖の導入による高強度オールバイオマス複合材料の創製

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本研究は，石油由来の汎用性プラスチックの代替材料として期待されているポリ乳酸 (PLA) の力学物性向上のため，PLAとセルロースナノファイバー（CNF）の複合材料を開発し，その力学物性を解析することを目的としている．このとき，複合化する強化材のアスペクト比が高いほうが，得られる複合材料の弾性率を効率的に向上できることに着目し，CNFをエレクトロスピニング法を用いて作製できるか検討した．始めに，Acetone/Dimethylformamide (6/4 wt/wt) を混合溶媒として，溶質濃度20 wt%のCellulose acetate溶液を調整した．これをシリンジに封入し，エレクトロスピニング法によりナノファイバー化した．得られたCellulose acetateナノファイバー (CA-NF) をNaOH/ethanol溶液に24 h浸漬することで鹸化処理を行い，平均直径が430 nm程度のCNFを得ることができた．化学構造の変化はフーリエ変換赤外分光法により評価し，鹸化処理によりアセチル基由来のピークが消失し，水酸基由来のピークが発現する様子が見られた．作製したCA-NF，CNFを用いてPLAとの複合材料を作製し，その力学物性を静的引張試験により評価した．CA-NF/PLA複合材料について，ナノファイバー含有率の増加にともない，複合材料の弾性率は線形に向上する様子が見られ，ナノファイバー含有率15 wt%のときに弾性率は1840 MPaとなった． PLAに対してCA-NFが良い補強効果を示した要因としては，CA-NFがPLAと親和性が良かったことが挙げられる．CNFはCA-NFより高強度であるが，親和性がPLAと良くないためにCA-NFのように線形に弾性率が向上する様子は見られないが，その高強度のためCA-NF/PLAより高弾性率を示していた．