2018 Fiscal Year Annual Research Report

Importance of Nano-fiber Network in Nano-composite Materials and Development of Their Excellent Functions

Research Project

Project/Area Number	17H06238
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	辻井敬亘京都大学, 化学研究所, 教授 (00217308)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	榊原圭太京都大学, 化学研究所, 助教 (20618649)
Project Period (FY)	2017-06-30 – 2020-03-31
Keywords	高分子ナノコンポジット材料 / セルロースナノファイバー / ボトルブラシ / ナノファイバーネットワーク
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、自然界の精緻なナノファイバーネットワーク構造に着目し、ガラス状（樹脂）・ゴム状（エラストマー）・ゲルといった粘弾性の異なるマトリクスに埋め込まれたナノコンポジット材料について、拡張性の高い作製手法を確立するとともに、ネットワーク濃度、形態やマトリクス種などの因子を変化させたときの力学・機能特性の系統的評価・理解とその機能材料応用を目指している。本年度は、以下の成果を得た。（１）前年度、合成・物性評価に成功した、バクテリアセルロース（BC）ナノファイバーネットワーク補強ポリメタクリル酸メチルの高い力学特性発現機構について、複合材料のネットワークモデルから考察したところ、BCナノファイバーネットワークの架橋点間の伸び（圧縮）変形が支配的であることを明らかにした。また、前年度に優れた延伸特性が見出されたBC補強エラストマー系についても、各種ネットワーク濃度の異なるサンプルを調製し、力学評価したところ、同様の傾向を確認した。一方、BCハイドロゲルは曲げ（圧縮）変形が支配的であることを実験的に示したことから、BCネットワークによる力学的補強のみならず、ネットワーク間に存在するマトリクスによる力学特性への寄与が重要であることを示した。（２）側鎖を高密度に制御したボトルブラシ型ポリマーの自己架橋ネットワークをBCゲル内に構築（固定化）する手法を確立した。この複合ゲルは、マクロ摩擦評価において、ボトルブラシゲル特性に由来して摩擦係数として10-4のオーダーの極めて低い摩擦特性を発現するとともに、BCナノファイバーネットワークにより力学的に補強（高強度化）されていることを明らかにした。動的粘弾性測定により、その弾性率はBCナノファイバーネットワークに由来し、ストライベック線図におけるショルダー（耐衝撃緩和層としての役割）の出現はゲルの凝着力と弾性率に由来することを明らかにした。
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、マトリクスの違いによるナノファイバーネットワークの力学的機能について、伸び支配の変形挙動を明らかにした。ゆえに、ナノコンポジット材料の設計指針確立に大きく前進したと言え、ほぼ当初の研究計画通り進捗していると思われる。
Strategy for Future Research Activity	今年度は特に、高度な機能を有するナノコンポジット材料の創製を目指して、ナノファイバーネットワーク補強ナノコンポジット材料の（１）変形・破壊挙動の解明、および（２）卓抜機能の開拓、に取り組む。