Elucidation of accumulation mechanism of cellulose nanofibers at oil-in-water emulsion interface and its application for the production of a novel hollow nanoparticles
| Project/Area Number |
21K05175
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 35010:Polymer chemistry-related
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| Research Institution | Tomakomai National College of Technology |
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Principal Investigator |
甲野 裕之 苫小牧工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (70455096)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田島 健次 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (00271643)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 微生物セルロース / シランカップリング剤 / 複合材料 / 乳化 / エマルション / ナノフィブリル化セルロース / バクテリアセルロース / ピッカリング乳化 / セルロースナノファイバー / 中空粒子 / 界面集合 |
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| Outline of Research at the Start |
セルロースナノファイバーによるピッカリング乳化機構の解明と乳化現象を活用した新しい概念に基づく新規中空ナノ粒子の合成を目的とする。エマルジョン形成に伴うNFBC集合状態、ミセル粒径と安定化制御に関する新知見を取得し、中空ナノ粒子の構造設計にフィードバックすることで構造最適化を図る。製剤・樹脂との複合化による特性評価を通じ、その有用性を実証し、ナノ繊維ネットワークが作る多孔性ナノ粒子を創製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高アスペクト繊維である微生物セルロースナノファイバー（NFBC)を水和状態でシランカップリング剤を作用させることにより、疎水化NFBCが合成できることを明らかにした。疎水化NFBCは改質前と同等のナノ繊維構造を有しており、セルロース内部の結晶状態も変化が無いことが確認された。また熱分析によって、熱分解温度が約40℃程度高温側にシフトしていることから、断熱性能が飛躍的に向上することも明らかになっている。調製時に使用するシランカップリング剤の選択により、双極子相互作用もしくは水素結合を介して多分子と強固な結合状態を形成することを実験的に立証した。またクロロホルムやテトラヒドロフラン等の極性有機溶媒中に均一分散し、油水混合系では界面に集合することも確認できた。
本疎水化NFBCを水中油滴粒子界面で微粒子形成させることを目的として、乳化剤の選択を検証した。主なものとして、Triton100、Tween20、シクロデキストリンを使用した。シクロデキストリンを用いることで、安定ミセルを形成し、撹拌、ホモジナイザー、超音波使用時にそれぞれ粒径40μｍ、20μm、サブミクロンサイズの球状ミセルが形成できることが確認できた。また疎水化NFBC存在下では、界面に局在化することも明らかとなり、今後は架橋剤を作用させることで、化学的に安定な球状中空粒子が合成できると予想している。架橋剤としては、末端活性化ジエポキシジエポキシ系を持ちいる予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の設定どおりの進捗状態にあり、問題無く研究成果が得られている。また次年度実施項目である樹脂との複合化についても、予備的な実験は既に済ませており、進捗に目途がついている状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度にNFBC単独での微粒子乳化は困難であることが明らかになり、今年度疎水化処理を適用することで、目的を達成できる目途がついた。また疎水化処理は樹脂との親和性を高め、安定したコンポジットを形成できることも明らかになっている。中空ナノ粒子の架橋化を早急に進め、計画通りの研究活動の遂行を目指す。また成果の誌上公表やPR活動も並行して実施を進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(30 results)
