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ミリメートル厚の透明・高強度ナノセルロース構造材料の形成と固体電解質への機能展開

Research Project

Project/Area Number 22KJ0887
Project/Area Number (Other) 22J12848 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section国内
Review Section Basic Section 40020:Wood science-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

石岡 瞬 (2023)  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(PD)

Research Fellow 石岡 瞬 (2022)  東京大学, 農学生命科学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywordsセルロースナノファイバー / 耐水化 / イオン液体 / 熱成形
Outline of Research at the Start

融点・ガラス転移温度の存在しないCNFに対し、イオン液体構造を導入することで、熱成形材を形成することを試みる。成形プロセスは、粉体化したイオン液体型CNFの熱プレスとし、複雑構造や厚材を形成する。また、かさ高さの異なるイオン液体構造を導入し、構造と熱特性を解析することで熱軟化機構を明らかにする。更に、イオン液体構造をカチオン性のキチンナノファイバー、及び無機ナノ粒子であるクレイに導入して熱成形材を形成し、本コンセプトの有機・無機ナノ材料への適用可能性を実証する。

Outline of Annual Research Achievements

①TEMPO酸化セルロースナノファイバー (CNF) 表面のカルボキシレート基の対イオンを、1価のナトリウムイオン (Na) から4価のジルコニウム (Zr) イオンと交換し、CNFのみからなる板材の耐水性を向上させることを試みた。Na型では2000% w/w以上吸水した一方で、Zr型のCNF板材の平衡吸水率は約30% w/wであり、吸水率を劇的に低減させることに成功した。加えて、メチルトリメトキシシランを用いて、Zr型CNF 板材の表面を疎水化すると、表面は撥水性を示し、平衡吸水率はさらに低下した。以上より、対イオン交換・構造体表面の疎水化により、CNF材料の吸水率を劇的に低減できると実証した。
②CNFのカルボキシ基の対イオンとして、イオン液体 (IL) のカチオンであるテトラオクチルアンモニウム (N8888) あるいはテトラオクチルホスホニウム (P8888) を導入することで、熱成形性の付与を試みた。IL型CNF (CNF-IL) のシートに対し動的粘弾性測定を行うと、昇温に伴い貯蔵弾性率 (E’) が大きく減少し、ILカチオンの導入によりCNFを熱軟化させることに成功した。また、CNF-IL間で比較すると、中心元素が大きい、P8888型CNFのE’の方が減少した。CNF-ILシートのイオン伝導率を測定すると、いずれのシートも昇温と共にイオン伝導率が上昇した。また、N8888型と比べ、P8888型CNFシートのイオン伝導率が高く、よりCNFカルボキシ基からの拘束力が小さいことがわかった。このことから、CNFの貯蔵弾性率を低下させるには、CNFからのイオン拘束性の弱いカチオンを導入することが効果的であると示唆された。P8888型CNFシートを熱圧成形することで、凹凸構造を有する厚材が形成でき、ILカチオンの導入によりCNFの熱成形が可能となることを実証した。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (11 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results) Book (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results)

  • [Journal Article] Property-Thickness Correlations of Transparent All-Nanocellulose Laminates2023

    • Author(s)
      Ishioka Shun、Hirano Takayuki、Matoba Nobuhiro、Isobe Noriyuki、Fujisawa Shuji、Saito Tsuguyuki
    • Journal Title

      Journal of Fiber Science and Technology

      Volume: 79 Issue: 7 Pages: 156-164

    • DOI

      10.2115/fiberst.2023-0020

    • ISSN
      2189-7654
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fully Wood-Based Transparent Plates with High Strength, Flame Self-Extinction, and Anisotropic Thermal Conduction2023

    • Author(s)
      Ishioka Shun、Isobe Noriyuki、Hirano Takayuki、Matoba Nobuhiro、Fujisawa Shuji、Saito Tsuguyuki
    • Journal Title

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      Volume: 11 Issue: 6 Pages: 2440-2448

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.2c06344

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] イオン液体カチオンをカルボキシ基対イオンとして有するTEMPO 酸化ナノセルロースの熱成形2024

    • Author(s)
      石岡瞬, 廣松雄樹, 伊藤圭樹, 後居洋介, 加部泰三, 藤澤秀次, 山口哲生, 岩田忠久, 齋藤継之
    • Organizer
      第74回日本木材学会大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノセルロース構造体の成型加工2024

    • Author(s)
      石岡瞬, 藤澤秀次, 齋藤継之
    • Organizer
      セルロース学会関東支部ミニシンポジウム セルロース素材の新展開 ‐セルロースの未来を拓く若手研究者達 Ⅸ‐
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] “Millimetre-thick and transparent plates of self-adhesive CNF with high mechanical strength and flame self-extinction2022

    • Author(s)
      3.Shun Ishioka, Noriyuki Isobe, Takayuki Hirano, Nobuhiro Matoba, Shunji Fujisawa, Tsuguyuki Saito
    • Organizer
      Nanocellulose Days 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 透明・高強度・自己消火性のナノセルロース積層プレート2022

    • Author(s)
      石岡瞬, 磯部紀之, 平野孝行, 的場伸啓, 藤澤秀次, 齋藤継之
    • Organizer
      セルロース学会第29回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Book] 月刊ファインケミカル 2023年8月号2023

    • Author(s)
      能木雅也, 小林加代子, 工藤正樹, 王冠瞳, 塩見淳一郎, 石岡瞬, 関根由莉奈, 森川豊, 伊藤雅子, 野々村文就, 伏見速雄
    • Total Pages
      78
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 難燃性コーティング剤及び難燃性シート2023

    • Inventor(s)
      後居洋介, 伊藤圭樹, 齋藤継之, 藤澤秀次, 石岡瞬
    • Industrial Property Rights Holder
      後居洋介, 伊藤圭樹, 齋藤継之, 藤澤秀次, 石岡瞬
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 難燃性材料及び難燃性シート2023

    • Inventor(s)
      後居洋介, 伊藤圭樹, 齋藤継之, 藤澤秀次, 石岡瞬, 張昊果
    • Industrial Property Rights Holder
      後居洋介, 伊藤圭樹, 齋藤継之, 藤澤秀次, 石岡瞬, 張昊果
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 熱成形用材料及びその成形体2023

    • Inventor(s)
      後居洋介, 伊藤圭樹, 齋藤継之, 藤澤秀次, 石岡瞬
    • Industrial Property Rights Holder
      後居洋介, 伊藤圭樹, 齋藤継之, 藤澤秀次, 石岡瞬
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 熱成形用繊維状材料及び熱成形用複合材料2023

    • Inventor(s)
      後居洋介、伊藤圭樹、齋藤継之、藤澤秀次、石岡瞬、笠松大裕
    • Industrial Property Rights Holder
      後居洋介、伊藤圭樹、齋藤継之、藤澤秀次、石岡瞬、笠松大裕
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2022-04-28   Modified: 2024-12-25  

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