Surface modification of cellulose nanofibers using their component selective swelling property in solvents

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K05772
• Research Institution: Forest Research and Management Organization
• Principal Investigator: 久保 智史 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (50399375)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 戸川 英二 国立研究開発法人森林研究・整備機構, 森林総合研究所, 主任研究員 等 (60343810)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: セルロースナノファイバー / アルキル化 / 結晶構造

Outline of Annual Research Achievements

酵素湿式粉砕法で製造した乾燥セルロースナノファイバー（CNF）のジメチルスルホキシド（DMSO）に対する再膨潤性を利用することで、膨潤構造の優先的なアルキル化を試みた。前年度に再膨潤性が確認できた各CNFを脱水したDMSO中で膨潤させた後、水素化ナトリウム触媒の存在下、アルキル基の鎖長が異なる各種臭化アルキルを添加し、CNFのアルキル化を試みた。赤外分光分析法による分析の結果、化学処理を行うことによりC-H伸縮振動に由来するバンド強度が増強していたことから、CNFにアルキル基が導入されたことが確認できた。X線回折の結果、導入アルキル鎖が短いCNFでは、セルロースI型の結晶が維持されていることが確認でき、セルロースの結晶構造を維持できる条件下でのCNFのアルキル化が可能であることが明らかになった。しかしながら、導入アルキル鎖が長いアルキル化CNFのX線回折では、アルキル基に帰属できる結晶ピークがブロードなセルロースI型の回折ピークと重なるために、X線回折では結晶の維持の判定が不可能であった。X線回折に変わるセルロース結晶の判定法として固体NMR法によるアルキル化CNFの分析を行った。分析の結果、アルキル基に帰属されるシグナルとセルロースに帰属されるシグナルの分離が可能であった。今課題においてCNFの誘導体化溶媒として使用したDMSOへの溶解性の問題から最大鎖長となるヘキサデシル基（C16H33-）による化学修飾においても、CNFはセルロースI型の結晶を維持していた。以上の結果から、乾燥CNFの溶媒への膨潤性を利用することで、セルロースの結晶構造を維持した条件下でのCNFの化学修飾が可能であることを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アルキル化CNFの分析においては、当初計画による方法では一部困難があったが、上記記載の代替法による分析で事業を推進することができた。その結果、昨年度に設定した結晶条件を維持する条件下でのCNFのアルキル化という目標の達成が可能であることを明らかにすることができた。以上の理由により、進捗状況に関しては「おおむね順調に進展している」と自己評価した。

Strategy for Future Research Activity

アルキル化CNFの各種特性を明らかにする。また疎水性位材料との混合性を明らかにし、アルキル化CNFの機能を明らかにする。

Causes of Carryover

昨年度記載の通り、本事業初年度（昨年度）にあった不測の事態として、本事業の分析の中心となる器機が故障し、その修理代を計画変更として本事業費から支出した。次年度に中心的に使用する器機の購入費用を流用してのものであるが、本年度までの繰り越し経費を使用することにより、代替研究計画を策定し、最終的な目標達成に支障が無いように事業を推進して参りたい。