2018 Fiscal Year Research-status Report
ピッカリングエマルションを利用したナノセルロースのヤヌス型表面分子設計
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18K05767
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
横田 慎吾 九州大学, 農学研究院, 助教 (30600374)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノセルロース / 表面・界面 / エマルション / 両親媒性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水中カウンターコリジョン法により調製されるナノセルロース（ACC-ナノセルロース）の乳化特性についての基礎的検討を行い、知見を深めた。
ACC-ナノセルロース分散水を任意の有機溶媒と混合撹拌することによって、容易に乳化し、O/Wエマルションが得られた。他の化学的手法や物理的手法によって調製されるナノセルロースにおいても乳化作用が報告されているが、それらのナノセルロースのケースと比較して、より軽微な撹拌処理によって乳化を示した。これらの結果は、優れたACC-ナノセルロースの両親媒特性を示している。推定されているACC法による結晶セルロースの微細化メカニズムから、得られるACC-ナノセルロース表面は一般のナノセルロースと比較して疎水性が高いことが示唆されているが、本研究の結果は、この推定を支持するものであった。
ついで、ACC-ナノセルロースの表面特性解析として、界面活性剤の吸着性をプローブとした定量的な評価を試みた。ACC-ナノセルロース表面に吸着した界面活性剤のアルキル鎖間のファンデルワールス力を算出してその吸着密度を検討したところ、ACC-ナノセルロースの出発原料によって異なる結果が得られた。すなわち、微結晶セルロース由来の方がバクテリアセルロース由来よりも界面活性剤が密に吸着していることが示唆された。したがって、微結晶セルロース由来のACC-ナノセルロースはバクテリアセルロース由来よりも表面反応性が高いことが推察された。ACC法は原料セルロース繊維に応じて異なる反応特性を示すナノセルロースを調製する可能性を有することが示唆された。
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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
H30年度は、ACC-ナノセルロースの表面設計の足場となるエマルション界面形成能について詳細に検討し、他のナノセルロースとの比較において、ACC-ナノセルロースが低エネルギー処理によって多くの油層を含む安定なエマルション層の形成をうながすことを明らかとした。また、ACC-ナノセルロース表面特性の詳細な解析として、低分子プローブを用いた定量的な評価を行ったところ、親水性表面の反応性が原料種によって異なることが見出された。当研究室において、染料吸着量からACC-ナノセルロース表面の親水・疎水面の面積比を定量する検討を行っており、それらの傾向は一致していた。
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| Strategy for Future Research Activity |
乳化特性に関して、乳化に必要なエネルギーの定量的な評価、エマルションの安定性（計時変化、刺激応答性）についてさらに検討する。ついで、より疎水性の高いナノセルロースの設計を試みる。具体的には、ACC-ナノセルロースを用いてW/Oエマルションやダブルエマルションの形成が可能かどうかについて検討する。水系の軽微な改質プロセスとして、両親媒性高分子の吸着による疎水化、アルカリ処理等による表面の結晶変態を施し、乳化特性を検証する。
界面集積を活かした新規材料設計を試みる。水／油界面にACC-ナノセルロースが集積されることにより形成される高次構造体に着目した構造解析を行う。水／油界面に単層吸着されるACC-ナノセルロース濃度を見出し、Langmuir-Blodgett法やLangmuir-Schaefer法を駆使して、ナノセルロース単層膜の調製を試みる。さらには、乳化界面反応によるナノ領域選択的な化学修飾を試みる。エマルション形成時に水層あるいは油層のみで進行する誘導体化反応を施し、新規ビルディングブロックの創製を図る。
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