超分子構造を利用した高強度・高弾性率を有する新規セルロース繊維の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14750702
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 服部 和幸 北見工業大学, 工学部, 教務職員 (20333669)
• Keywords: セルロース / セルロース溶媒 / チオシアン酸塩 / 溶解度 / 再生資源 / エチレンジアミン / ヒドラジン / 温度循環工程

Research Abstract

セルロースは再生資源、生分解性を有する高分子であり、最近明らかにされつつあるセルロースの超分子構造を考えると、新規用途としての潜在力を秘めた材料であると言える。しかし、溶融性・溶解性が極めて乏しいことから成型加工が困難であり、用途が著しく限定されてきた。溶解性、即ちセルロースの溶媒が新たに見出されれば、これらの問題解決に大きく貢献出来ると思われる。当該のこれまでの研究で、アミン/チオシアン酸塩系が、セルロースの溶媒となることが見出された。アミンは、アンモニア・ヒドラジン・エチレンジアミンなど、低級アミンのみが有効であった。また、チオシアン酸塩は、チオシアン酸ナトリウム、カリウムの2つが効果が認められたが、カリウム塩の方が、セルロースの溶解度は高かった。これは、塩のイオンサイズがセルロース溶解性の重要な因子であることを示唆している。チオシアン酸塩およびセルロースの溶解度は、湿度の影響を受けるため、購入したドライボックス中で測定した最終的にセルロースの溶解度は、偏光顕微鏡を使用して複屈折が観測されなくなった点とし、恒温槽を備えたレオメータにて粘度を測定し決定した。
セルロース溶解に伴う粘度の上昇はセルロースの拡散を阻害し、溶解時間に大幅に遅延をもたらす。このことを改善するために、系に温度循環工程を与えて溶解時間の短縮を試みた。即ち、-20℃と50℃の低温-高温状態を系に与えることを繰り返し、溶媒分子とセルロースの分子間結合を熱力学的に有利になるよう促進させた。この現象をエンタルピー-エントロピー効果によって説明した。以上の結果、およびその一部は、平成14年に行われた第1回セルロース国際会議、第224回アメリカ化学会および国内2つの学会にて発表し、米国の科学辞典に、セルロースの節として共著で出版した。

Research Products

• [Publications] K.Hattori, T.Yoshida, J.A.Cuculo: "New Solvents for Cellulose Using Amine/Salt System"Proceedings of the 224th ACS National Meeting. 32 (2002)
• [Publications] K.Hattori, T.Yoshida, J.A.Cuculo: "New Solvents for Cellulose : Amine/Thiocyanate Salt System"Preprints of 1st International Cellulose Conference (ICC2002). 113 (2002)
• [Publications] A.D.French, R.M.Brown, H.Chanzy, W.Glasser, D.Gray, K.Hattori: "Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Chapter on Cellulose"John Wiley & Sons, Inc.(印刷中). (2003)