| Project/Area Number |
22K04752
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Allocation Type | Multi-year Fund |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
|
|---|
| Research Institution | Kumamoto Industrial Research Institute |
|---|
Principal Investigator |
城崎 智洋 熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 室長 (70554054)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高藤 誠 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (50332086)
龍 直哉 熊本県産業技術センター(ものづくり室、材料・地域資源室、食品加工室), その他部局等, 研究主任 (90743641)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
|
| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
|
| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
|
|---|
| Keywords | セルロース / ジカルボン酸 / マイクロビーズ / マイクロプラスチック / 溶解性セルロース / エステル化 / 脱着 / プラスチックフリー / エステル化反応 / マイクロ球状粒子 / 再生セルロース / 可溶化 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
セルロースマイクロビーズはプラスチックビーズを代替する数少ない有力な材料である。本研究では①セルロースに脱着可能なジカルボン酸誘導体を複合化させ、溶解性が異なる一連のジカルボン酸化セルロースを合成する。②アニオン性ポリマーなどカルボン酸と反発する電荷をもつ化合物の水溶液中でジカルボン酸化セルロースの液滴を形成させる。③熱や塩基を作用させてジカルボン酸をセルロースから離脱させることによってセルロースを固体化し、セルロースマイクロビーズを調製する。
|
| Outline of Annual Research Achievements |
コハク酸やグルタル酸など、リムーバブルなジカルボン酸誘導体の脱着を利用することによってセルロースの溶解性を制御し、プラスチックフリー社会に適合した、石油由来のマイクロビーズの代替となるセルロースマイクロビーズを調製する技術を確立することを目的としている。
本年度は、目標１として、前年度に引続き「ジカルボン酸化セルロースのラインナップ化合成」を挙げており、コハク酸エステル化することによって水に可溶となる、結晶セルロースを原料としてジカルボン酸化セルロースの合成を行い、粒子化の原料となるセルロース誘導体を得た。アルキル鎖長が長いグルタル酸を導入したセルロースは水に不溶であったため、さらにアルキル鎖長が長いアジピン酸については合成を行わず、ジカルボン酸化にはコハク酸を用いることとした。
目標２としては、「ジカルボン酸化セルロース水分散体の調製と特性評価」を挙げており、結晶セルロースを原料として調製したコハク酸化セルロースを中性付近のpHの水に溶解させ、pHを変えた際の分散・溶解状態の変化を調査した。室温においては、溶解状態でpHを12にした後、pHを2にするとセルロースの析出が起こり、再びpH12にすると溶解した。pH2で析出が起こった溶液から回収したセルロース誘導体のIRスペクトルより、室温ではエステル結合部位の加水分解はほとんど起こっていないことが確認された。
目標３としては、「セルロースマイクロビーズの調製」を挙げており、ジカルボン酸セルロースを塩基性水溶液中に溶解させた後、電荷的に反発するポリアクリル酸ナトリウムの水溶液に加えて液滴化させることを試みた。液滴の状態を動的光散乱法によって調査したところ、平均粒子径が約100 nmのポリアクリル酸ナトリウムの液滴の存在下で、コハク酸化セルロースは平均粒子径が約400 nmから800 nmの液滴になっていることが分かった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標として挙げた、目標１の「ジカルボン酸化セルロースのラインナップ化合成」に関しては、セルロースのコハク酸エステル化について、結晶セルロースを原料として用い、原料の前処理条件やエステル化反応時の溶媒の種類、塩基性触媒の種類、量などを最適化することによって、セルロースの球状粒子化に必要な水溶性のセルロース誘導体を合成できており、当初の目標を十分に達成することができている。
目標２の「ジカルボン酸化セルロース水分散体の調製と特性評価」に関しては、結晶セルロースを原料として用いることによって水に完全に溶解するセルロース誘導体が得られ、pHによる分散・溶解性の変化を調査することができており、目標を十分に達成することができている。pH12にした水溶液を80℃以上に加熱することによって、コハク酸エステルが加水分解し、元のセルロースに戻ることも確認できており、目標とした機能を備えたセルロース誘導体を得ることができている。
目標３の「セルロースマイクロビーズの調製」に関しては、粒子化する際に共存させるポリアクリル酸ナトリウム水溶液中での液滴の粒度分布を測定することができ、目的とするセルロースマイクロビーズを得るのに必要な調製条件を確立することができており、目標を十分に達成することができている。さらに通常のセルロースマイクロビーズを調製する際と同様に炭酸カルシウムを共存させた条件での粒子化も試みており、炭酸カルシウムが存在している分散液中での顕微鏡観察において、一部、直径20μm程度のマイクロビーズが得られていることが確認できた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和６年度の目標として、引続き、「セルロースマイクロビーズの調製」を挙げている。結晶セルロースを原料として用いて合成した水溶性であるコハク酸化セルロースを、ポリアクリル酸ナトリウム水溶液中で液滴化した後、加水分解することによってコハク酸を離脱させ、セルロースマイクロビーズを調製することを試みる。
完全にコハク酸エステル化したセルロースは、中性の水に可溶であり、室温ではpH12でも安定である。当初、設計した通りの性能が得られていると考えられるが、コハク酸化することによって疎水性が高まり、加水分解しにくくなっていることが考えられる。このため、加水分解時の温度を９０℃以上に上げたり、加熱時間を長くしたりすることによって、十分に加水分解が進行する条件を見出すことが必要である。
加水分解が進行しにくく、ポリアクリル酸ナトリウムを用いた相分離法ではマイクロビーズを得ることが困難である場合は、コハク酸化セルロース水溶液をデカリンなど、セルロース水溶液と混ざらない溶媒と混合し、液滴化した後、水を蒸発させる懸濁蒸発法などによって、セルロースマイクロビーズを調製することを試みる。
得られたセルロースマイクロビーズの形状や粒度分布を、走査型電子顕微鏡観察や、フロー粒子画像分析装置を用いた粒度分布測定によって調査し、粒子化の条件がマイクロビーズの特性に与える影響について調査する。
|
