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ナノ複合材料の設計を目的としたセルロースナノフィブリル材料の構造と特性解析

用于设计纳米复合材料的纤维素纳米原纤材料的结构和表征

基本信息

批准号：
13J07327
负责人：
福住早花
金额：
$ 0.77万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

再生産可能な天然高分子である木材セルロースは、幅3-4nmの伸びきり鎖からなる繊維状の結晶構造を有しているためナノ材料として補強材や包装材料等の様々な応用が期待されている。これまでの研究で、木材セルロースへの表面酸化と軽微な解繊処理により得られる幅3nmのセルロースナノフィブリルから透明で高い酸素バリア性を有する膜の調製に成功した。乾燥下の酸素透過係数は石油由来のガスバリア高分子であるエチレンビニルアルコールの約10分の1である。本研究ではセルロースナノフィブリルの膜内における自己組織化が膜のガスバリア性に与えるメカニズムを明らかにするため、結晶性、配向性、空隙サイズ等の構造と酸素バリア性を評価し、それを再生セルロースや合成高分子の挙動と比較することで結晶性ナノフィブリルから成るセルロース材料の構造と特性を明らかにすることを目的とした。さまざまな長さ、表面組成を有するナノフィブリル膜のナノ空孔を産業技術総合研究所の協力のもと陽電子消滅法により評価したところ、酸素分子の膜内での拡散遅れがガスバリア性の原因であり、その拡散遅れは、ナノフィブリルのサイズに起因するものとナノフィブリル間の空孔の大きさに依存する2種類の遅れがあることが明らかになった。またナノファイバー膜の空孔は再生セルロース膜や合成高分子よりも小さく、結晶性ナノファイバーが層状に積層し、分子運動が抑制された膜の構造が優れたガスバリア性をもたらすことがわかった。本成果によりガスバリア性発現メカニズムにおける石油由来の高分子と天然高分子ナノファイバー膜の違いが明らかとなり、天然高分子の利用拡大を目指した基礎的知見を得ることができた。本成果は国内学会・研究会にて既に発表され、国際的な科学雑誌に投稿する予定であり、高機能バイオマス材料の有効利用が加速されることが期待される。

Reproduction of natural polymers can be expected from wood, wood This study was conducted on the surface acidification of wood and the micro-treatment of wood. The results showed that the surface acidification of wood and the micro-treatment of wood were successful in the modulation of transparent and high-acid films. Acid transmission coefficient under drying is about 10 minutes to 1 minute from petroleum origin. In this study, we evaluated the structure and properties of the film, such as crystallinity, alignment, and void space, by self-organizing the film. The structure and properties of synthetic polymers are discussed in detail. Evaluation of positron annihilation methods in collaboration with the National Institute of Industrial Technology for the determination of the surface composition and the length of the film, the dispersion of the acid molecule in the film, and the reasons for its dispersion The reason for this is that there are two kinds of holes in the wall. The pores of the film are regenerated, the film is synthesized, and the structure of the film is optimized. The results show that the polymer derived from petroleum and the natural polymer have great potential for utilization. This achievement is expected to be published in domestic societies and research institutes, submitted to international scientific journals, and utilized rapidly by high-performance materials.