アルカリ/中性塩によるセルロースの膨潤・溶解機構の解明と新規溶剤系の開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09460073
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 空閑 重則 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (60012051)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 昌久 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助手 (40270897) ; 磯貝 明 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (40191879)
• Keywords: セルロース結晶 / 中性塩 / ゲル / セルロースの錯体 / 膨潤化合物 / 転移熱 / ロダン塩 / アルカリ

Research Abstract

各種のセルロースをチオシアン酸カルシウムの濃厚水溶液(ロダン溶液)に溶解したゲルについて示差走査熱量計により融解ーゲル化の挙動を調べた。その結果、融点は70〜90℃、ゲル化点は10〜30℃の範囲にあり、セルロースの分子量と濃度によって変動することが分かった。
固体セルロースーロダン溶液の系を加熱すると初回昇温時にのみ60〜100℃に顕著な吸熱または発熱、またはその両方のピークが現われ、これがセルロースの溶解過程に対応すると考えられた。その温度領域とピークの形状はセルロース試料によって大きく異なるが、その挙動とセルロース試料の特性(結晶形、結晶化度、分子量)の間の関係には系統性がなく、変動の理由は不明である。
ラミー繊維について、上記で求めた溶解温度領域である70〜90℃において結晶構造の変化過程を経時的に追跡した結果、セルロースI結晶の崩壊とともにセルロースーロダン塩の錯体が形成され、これまで知られていなかった2.5nmという繊維周期を持つ錯体を発見した。この錯体について,含まれる塩と水の量を評価し、グルコース残基1分子あたりCa(SCN)2が2.2分子、水が14分子という値を得た。これに基づきセルロース分子が疎水面で積重なり、その分子シートの間に塩と水の分子が入っているという錯体構造のモデルを提案した。

Research Products

• [Publications] J.Araki: "Flow Properties of Microcrystalline Cellulose Suspension Prepared by Acid Treatment of Native Cellulose" Colloids & Surfaces. 142 (1). 75-82 (1998)
• [Publications] H.Shibazaki: "Native cellulose II production by Acetobacter xylinum under physical constraints" Cellulose. 5 (3). 165-173 (1998)
• [Publications] H.Shibazaki: "Mercerization and acid hydrolysis of bacterial cellulose" Cellulose. 4 (2). 75-87 (1997)
• [Publications] Y.Nishiyama: "Cellulose Microcrystal Film of High Uniaxial Orientation" Macromolecules. 30 (20). 6395-6397 (1997)
• [Publications] Isogai-A: "Effects of carboxyl groups in pulp on retention of alkylketene dimer" J.Pulp & Paper Sci. 23 (5). J215-J219 (1997)
• [Publications] Samejima-M: "The behaviour of Phanerochaete chrysosporium cellobiose dehydrogenase on adsorption to crystalline and amorphous celluloses" Biotechnology-And-Applied-Biochemistry. 25. 135-141 (1997)
• [Publications] Wada-M: "Synchrotron-Radiated X-ray and Neutron Diffraction Study of Native Cellulose" Cellulose. 4 (4). 221-232 (1997)
• [Publications] A.Ishikawa: "Effects of Cellulase Treatment on Tensile Properties of Ramie Fiber" Mokuzai Gakkashi. 43 (4). 337-341 (1997)