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Spinning of High-strength Fibers consisting of only nanocellulose crystals

Research Project

Project/Area Number 17K05991
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Polymer/Textile materials
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

Araki Jun  信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (10467201)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordsセルロース / ナノウィスカー / 繊維 / 湿式紡糸 / ヤング率 / 破断強度 / 配向度 / 化学架橋 / セルロースナノウィスカー / 結晶配向度 / 弾性率 / 強度 / 引張強度 / 高強度繊維 / ナノセルロース / 架橋
Outline of Final Research Achievements

Fibers consisting of only cellulose nanowhiskers (CNWs) could be obtained by wet spinning of aqueous CNW suspensions. Spinning under various conditions, including different organic solvents for coagulation baths, different types and amounts of electrolytes in coagulation baths, and solid content of spinning dope suspensions, were examined to obtain fibers with best mechanical properties and CNW orientation. Young's modulus of the fibers were found to be dependent on CNW orientation, whereas break at strength were not. Washing the fibers with water and subsequent air-drying markedly enhanced the mechanical properties of the CNW fibers. Elemental analyses suggested ionic cross-linking of CNWs with Ca2+ cations, which were added in the coagulation solvents. Chemical cross-linking of the CNWs rendered fibers with improved elongation at break, even with decreased stress at break.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

繊維の力学物性は用いる高分子の結晶化度に大きく依存する。非晶を加水分解して結晶のみを残したセルロースナノウィスカーのみから繊維が形成できたことは100%結晶からなる繊維の調製を意味し、また微結晶の集合体であることによりしなやかさも備えている。100%結晶からなる繊維はこれまでに実現されたことがなく画期的であり、軽さの割に鉄やガラス並の強度を持つセルロース結晶の利点を生かした材料創成の先駆けとなる。

Report

(4 results)
  • 2019 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • Research Products

    (52 results)

All 2020 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (43 results) (of which Int'l Joint Research: 16 results,  Invited: 3 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Wet spinning of cellulose nanowhiskers; fiber yarns obtained only from colloidal cellulose crystals2020

    • Author(s)
      Jun Araki, Masahiro Miyayama
    • Journal Title

      Polymer

      Volume: 188 Pages: 122116-122116

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2019.122116

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    • Author(s)
      Jun Araki
    • Journal Title

      JAPAN TAPPI JOURNAL

      Volume: 73 Issue: 1 Pages: 63-68

    • DOI

      10.2524/jtappij.73.63

    • NAID

      130007621723

    • ISSN
      0022-815X, 1881-1000
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    • Author(s)
      Jun Araki, Yasuhiro Hida
    • Journal Title

      Cellulose

      Volume: 25 Issue: 2 Pages: 1065-1076

    • DOI

      10.1007/s10570-017-1640-z

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    • Author(s)
      Linda J Johnston, Zygmunt J Jakubek, Stephanie Beck, Jun Araki, Emily D Cranston, Christophe Danumah, Douglas Fox, Haifeng Li, Jun Wang, Zoltan Mester, Audrey Moores, Karen Murphy, Savelas A Rabb, Alan Rudie and Chady Stephan
    • Journal Title

      Metrologia

      Volume: 55 Issue: 6 Pages: 872-882

    • DOI

      10.1088/1681-7575/aaeb60

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    • Author(s)
      Jun Araki, Toshihiko Arita
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 46 Issue: 9 Pages: 1438-1441

    • DOI

      10.1246/cl.170588

    • NAID

      130006067878

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      Jun Araki, Yuta Honda, Yasuhiro Kohsaka
    • Journal Title

      Polymer

      Volume: 125 Pages: 134-137

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2017.08.002

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    • Total Pages
      217
    • Publisher
      シーエムシー出版
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Published: 2017-04-28   Modified: 2021-02-19  

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