2017 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of highly dispersed cellulose nanofibers/polymer composites and their functionalization
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17K00665
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
吉岡 まり子 京都大学, 農学研究科, 講師 (30220594)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 粉末セルロース / セルロースナノファイバー / 紫外線硬化型水性ポリビニルアルコール / ブロックイソシアネート / 超高圧斜向衝突処理 / デュアルキュア / 熱安定性 / 耐水性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(株)スギノマシン製バイオマスナノファイバー“BiNFi-s”(特殊なノズルが装着された超高圧斜向衝突処理[スターバースト処理]済みセルロース試料)の2 wt%試料ならびに5 wt% 試料を10倍に蒸留水で希釈後、マグネチックスターラー、ブレンダーを用いて種々の撹拌速度および撹拌時間での解繊処理に供した結果、撹拌速度および撹拌時間の増加に伴って試料のセルロースナノファイバー(CNF)への解繊が進行することがFE-SEM観察より確認された。
また、原液濃度の違いを比較すると、5 wt% 試料では希釈および解繊処理後においても未解繊と思われる幅300 nm以上の太い繊維が観察された一方で、2 wt%試料では希釈および解繊処理後には未解繊部分はほとんど観察されず均一なCNF網目構造の形成が確認された。これらの結果より、今回用いた試料においては、低濃度のBiNFi-s試料を用いた方がよりCNFへの解繊が進行し易いことが明らかとなった。
そこで、0.2wt%CNF水懸濁液を用いてブロックイソシアネート(BI)、アクリル系変性ポリビニルアルコール(a-PVA)、および蒸留水と所定の割合で混合し、紫外線を照射した後、乾燥処理ならびに熱処理を施すことでa-PVA/CNF/BI複合フィルム (デュアルキュア型フィルム) を作製した。得られたフィルムを、濁度測定、動的粘弾性 (DMA) 測定および膨潤試験に供し、キャラクタリゼーションを行った。
結果、BIの添加が、a-PVA/CNF複合フィルムの熱機械的特性、耐水性の向上に有意に寄与し得ることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(株)スギノマシン製スターバーストを用いた超高圧斜向衝突処理によるCeNF 化を
補完する手法の検討として、スターバースト処理試料を希釈して強攪拌すること、その際、スターバースト処理時のセルロース粉末濃度が2wt%と5wt%では、2wt%の方が、攪拌の効果が高くナノファイバー化が進みやすいことが知られた。これら濃度依存性の結果は、樹脂への添加に対して大きく役立つ基礎データが得られたことになる。また、それら未処理CeNFを紫外線(UV)硬化型水系アクリル変性ポリビニルアルコール樹脂に添加しUV硬化させたフィルムは機械的強度は高いが耐水性に劣ることが知られた。そこでブロックイソシアネートを同時に仕込みUV硬化させたところ、熱安定性が向上し、かつ、体積膨潤率の減少、すなわち、耐水性が向上することが知られた。水を媒体としながらも30秒という極短時間のUV照射により高い物性のフィルムが得られたことで、CeNFを充填剤とする環境低負荷型でコーティング用途など実際性の高い複合体を得る可能性が開拓できた。更なる機能化の土台を築くことができたと考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
未処理セルロース粉末(もしくはスターバースト処理済セルロース粉末)、界面活性剤的添加剤、熱可塑性樹脂を溶融混錬複合化し、複合体フィルムの物性を特性化すると共に、フィルム中でのCeNFのナノ分散度を評価する。
化学修飾CeNFを調製し、疎水性UV硬化型樹脂との複合化を検討し、得られたフィルムの特性化を行う。
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