Nanocellulose-shelled polymer microparticles prepared via emulsion templating

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K15298
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤澤 秀次 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 助教 (80756453)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: ナノセルロース / エマルション / マイクロ粒子 / コアシェル

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、木質資源の有効利用へ向けたナノセルロース由来機能性材料創出を目的としており、樹木から調製されるナノセルロースの特異的サイズおよび表面物性を活かしたナノセルロース/ポリマー複合粒子の合成を行っている。本年度は、これまでに確立した合成法を用いてナノセルロース/ポリマー複合粒子の合成を行い、その物性解析を行った。針葉樹漂白クラフトパルプに対してTEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl)触媒酸化を行い、機械的解繊処理によって、ナノセルロースの水分散液を調製した。このナノセルロース分散液とモノマーを混合し、超音波処理を施すことで、ナノセルロースで安定化したエマルションを調製した。このエマルション液滴中のモノマーを重合することで、ナノセルロースで表面を包んだ粒子の合成を行った。粒子表面のナノセルロースの分子吸着挙動を調べるため、カチオン性染料であるmethylene blue (MB) の吸着挙動を調べた。pH 7.0ではpH 2.5よりも高いMB吸着量を示した。これは粒子表面に存在するナノセルロースがカルボキシ基を有しているためである: pH 2.5ではナノセルロース表面のカルボキシ基がMBとイオン結合できないため、吸着機構は物理吸着のみと考えられる一方、pH 7.0では物理吸着だけでなくイオン結合によってもMBと相互作用可能である。このように、得られた粒子はpH条件に依存した吸着挙動を示した。また、pH 2.5の実験データをLangmuir modelでフィッティングしたところ、低濃度でよく一致していた。すなわち、低濃度では理論通りの単層吸着が起こっていることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Anisotropic Thermal Expansion of Transparent Cellulose Nanopapers (2020)
  • Author(s): Hirano, T., Mitsuzawa, K., Ishioka, S., Daicho, K., Soeta, H., Zhao, M., Takeda, M., Takai, Y., Fujisawa, S., Saito, T.
  • Journal Title: Frontiers in Chemistry Volume: 8 Pages: 1-6
  • DOI: 10.3389/fchem.2020.00068
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fabrication of ultrathin nanocellulose shells on tough microparticles via an emulsion-templated colloidal assembly: towards versatile carrier materials (2019)
  • Author(s): Fujisawa, S., Togawa, E., Kuroda, K., Saito, T., Isogai, A.
  • Journal Title: Nanoscale Volume: 11 Pages: 15004-15009
  • DOI: 10.1039/C9NR02612F
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dual functions of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers in oil-in-water emulsions: a Pickering emulsifier and a unique dispersion stabilizer (2019)
  • Author(s): Goi, Y., Fujisawa, S., Saito, T., Yamane, K., Kuroda, K., Isogai, A.
  • Journal Title: Langmuir Volume: 35 Pages: 10920-10926
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.9b01977
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanocellulose Xerogels with High Porosities and Large Specific Surface Areas (2019)
  • Author(s): Yamasaki, S., Sakuma, W., Yasui, H., Daicho, K., Saito, T., Fujisawa, S., Isogai, A., Kanamori, K.
  • Journal Title: Frontiers in Chemistry Volume: 7 Pages: 1-8
  • DOI: 10.3389/fchem.2019.00316
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystallinity-Independent yet Modification-Dependent True Density of Nanocellulose (2019)
  • Author(s): Daicho, K., Kobayashi, K., Fujisawa, S., Saito, T.
  • Journal Title: Biomacromolecules Volume: 21 Pages: 939-945
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.9b01584
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nanocellulose Film Properties Tunable by Controlling Degree of Fibrillation of TEMPO-Oxidized Cellulose (2019)
  • Author(s): Wakabayashi, M., Fujisawa, S., Saito, T., Isogai, A.
  • Journal Title: Frontiers in Chemistry Volume: 8 Pages: 1-9
  • DOI: 10.3389/fchem.2020.00037
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Design of nanocellulose/polymer composite materials via Pickering-emulsion templating approach. (2019)
  • Author(s): Fujisawa, S.
  • Organizer: The 2nd RIKEN-UT Soft Matter Joint Seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Emulsion-templated synthesis of nanocellulose-shelled microparticles. (2019)
  • Author(s): Fujisawa, S., Togawa, E., Kuroda K., Saito, T., Isogai, A.
  • Organizer: 2019 International Conference on Nanotechnology for Renewable Materials
  • Int'l Joint Research
• [Book] 分散技術の実務 理論・分散剤・分散機・評価・各種分散のポイントまで (2019)
  • Author(s): 藤澤秀次
  • Total Pages: 391
  • Publisher: 情報機構
  • ISBN: 978-4-86502-177-6