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2009 Fiscal Year Annual Research Report

バイオマス系完全分散ナノフィブリルの創製と環境対応型材料への変換

Research Project

Project/Area Number 21228007
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

磯貝 明  The University of Tokyo, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (40191879)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 岩田 忠久  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (30281661)
和田 昌久  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (40270897)
五十嵐 圭日子  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (80345181)
木村 聡  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教 (00420224)
斉藤 継之  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教 (90533993)
Keywordsセルロース / ナノフィブリル / TEMPO / 触媒酸化 / バイオマス / キチン / ナノ材料 / ミクロフィブリル
Research Abstract

天然セルロースのTEMPO触媒酸化により、そのフィブリル表面に露出している1級水酸基を選択的に全てカルボキシル基に酸化することができ、フィブリル表面に高密度でマイナス荷電を導入できた。その結果、軽微な水中解繊処理によりフィブリル間に荷電反発と浸透圧効果が作用し、木材セルロースからは幅約4nm(透過電子顕微鏡による測定)の完全ナノ分散TEMPO酸化セルロースナノフィブリル(TOCN)が得られた。原子間力顕微鏡(AFM)による高さ測定からは、幅は約3nmであり、原理的にAFMの値の方に信頼性がある。このTOCNをポリ乳酸フィルム上に僅か1μm弱の厚さでキャストした複合フィルムをしたところ、酸素透過度が約1/7000にまで低下し、著しく高い酸素バリア性が発現した。また、フィルムは高い光学透明性、高強度、高弾性率、著しく低い線熱膨張係数(2.7ppm/K)を示し、ディスプレー基盤としての特徴も有していた。木材セルロースよりもフィブリル幅の大きな綿、ホヤセルロースをTEMPO触媒酸化-水分散して得られたゲルから調製したフィルムの酸素バリア性が低かったことから、フィブリル幅が3nmと超極細で高結晶性であることが酸素バリア性の発現に寄与していた。これらの結果から、新規バイオナノ素材であるTOCNが生分解性のある高機能バリア性フィルム材料に応用可能であることが判明した。そのほか、TEMPO触媒酸化条件と、水溶性のセロウロン酸の分子量変化、セルロースII型セルロース試料のTEMPO酸化から調製した新規ナノウィスカー(短繊維)が得られることが明らかになり、TEMPO酸化条件と得られる酸化生成物の構造解析等も行い、多くの興味深い知見を得ることができた。

  • Research Products

    (61 results)

All 2010 2009

All Journal Article (16 results) (of which Peer Reviewed: 12 results) Presentation (35 results) Patent(Industrial Property Rights) (10 results) (of which Overseas: 4 results)

  • [Journal Article] Transparent and high gas barrier films of cellulose nanofibers prepared by TEMPO-mediated oxidation2009

    • Author(s)
      Fukuzumi, H., Saito, T., et al.
    • Journal Title

      Biomacromolecules 10

      Pages: 162-165

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cloning of the Trichloderma reesi cDNA encoding a glucuronan lyase belonging to a novel polysaccharide lyase family.2009

    • Author(s)
      Konno, N., Igarashi, K., et al.
    • Journal Title

      Applied and Environmental Microbiology 75

      Pages: 101-107

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Preparation of pure vaterite by simple mechanical mixing of two aqueous salt solutions2009

    • Author(s)
      Mori, Y., Enomae, T., et al.
    • Journal Title

      Materials Science & Engineering C 29

      Pages: 1409-1414

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] TEMPO-mediated oxidation of(1→3)-β-D-glucans2009

    • Author(s)
      Tamura, N., Wada, M., et al.
    • Journal Title

      Carbohydrate Polymers 77

      Pages: 300-305

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] TEMPO-mediated oxidation of β-chitin to prepare individual nano fibrils2009

    • Author(s)
      Yimin, F., Saito, T., et al.
    • Journal Title

      Carbohydrate Polymers 77

      Pages: 832-838

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal structure of polysaccharide lyase family 20 endo-β-1,4-glucuronan lyase from the filamentous fungus Trichoderma reesei2009

    • Author(s)
      Konno, N., Ishida, T., et al.
    • Journal Title

      FEBS Letters 538

      Pages: 1323-1326

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Individualization of nano-sized plant cellulose fibrils by direct surface carboxylation using TEMPO catalyst under neutral conditions2009

    • Author(s)
      Saito, T., Hirota, M., et al.
    • Journal Title

      Biomacromolecules 10

      Pages: 1992-1996

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oxidation of regenerated cellulose with NaClO_2 catalyzed by TEMPO and NaClO under acid-neutral conditions2009

    • Author(s)
      Hirota, M., Tamura, N., et al.
    • Journal Title

      Carbohydrate Polymers 78

      Pages: 330-335

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] TEMPO-mediated oxidation of softwood thermomechanical pulp2009

    • Author(s)
      Okita, Y., Saito, T., et al.
    • Journal Title

      Holzforschung 63

      Pages: 529-535

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface carboxylation of porous regenerated cellulose beads by 4-acetamide-TEMPO/NaClO/NaClO_2 system2009

    • Author(s)
      Hirota, M., Tamura, N., et al.
    • Journal Title

      Cellulose 16

      Pages: 841-851

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Elastic modulus of single cellulose microfibrils from tunicate measured by atomic force microscopy2009

    • Author(s)
      Iwamoto, S., Kai, W., et al.
    • Journal Title

      Biomacromolecules 10

      Pages: 2571-2576

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water dispersion of cellulose II nanocrystals prepared by TEMPO-mediated oxidation of mercerized cellulose at pH 4.82009

    • Author(s)
      Hirota, M., Tamura, N., et al.
    • Journal Title

      Cellulose 17

      Pages: 279-288

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 新規バイオ系ナノ材料の基礎および応用展開-TEMPO酸化セルロースナノファイバーの表面構造と機能-2009

    • Author(s)
      磯貝明
    • Journal Title

      表面 47

      Pages: 339-350

  • [Journal Article] 環境対応型新規バイオナノ先端部材開発-TEMPO酸化セルロースナノファイバーの調製と応用展開-2009

    • Author(s)
      磯貝明
    • Journal Title

      Green Spirits 5(2)

      Pages: 3-10

  • [Journal Article]2009

    • Author(s)
      磯貝明、齋藤継之
    • Journal Title

      「セルロースシングルナノファイバー」:「機能性繊の最新技術」所収(シーエムシー出版)

      Pages: 111-118

  • [Journal Article]2009

    • Author(s)
      齋藤継之、范一民、磯貝明
    • Journal Title

      「α、βキチンナノファイバー」:「機能性繊維の最新技術」所収(シーエムシー出版)

      Pages: 119-124

  • [Presentation] Preparation and characterization of TEMPO-oxidized celluloses2010

    • Author(s)
      Isogai, T., Fujisawa, S., et al.
    • Organizer
      ACS National Spring Meeting,2010
    • Place of Presentation
      米国、San Francisco
    • Year and Date
      2010-03-23
  • [Presentation] Size measurements of cellulose microfibrils individually dispersed by TEMPO-mediated oxidation2010

    • Author(s)
      Shinoda, R., Saito, T., et al.
    • Organizer
      ACS National Spring Meeting,2010
    • Place of Presentation
      米国、San Francisco
    • Year and Date
      2010-03-23
  • [Presentation] Effect of hemicellulose content on TEMPO-fibrillated cellulose films2010

    • Author(s)
      Hanninen, T., Vuorinen, T., et al.
    • Organizer
      ACS National Spring Meeting,2010
    • Place of Presentation
      米国、San Francisco
    • Year and Date
      2010-03-23
  • [Presentation] セルロースナノファイバー2010

    • Author(s)
      磯貝明、矢野浩之
    • Organizer
      第60回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      宮崎
    • Year and Date
      2010-03-19
  • [Presentation] キシログルカナーゼ構成発現によるポプラ木部セルロース繊維の構造変化2010

    • Author(s)
      海田るみ、阿部賢太郎, 他
    • Organizer
      第60回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      宮崎
    • Year and Date
      2010-03-19
  • [Presentation] セルロースミクロフィブリルを用いた湿式紡糸繊維の作製2010

    • Author(s)
      岩本伸一朗、開衞華, 他
    • Organizer
      第60回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      宮崎
    • Year and Date
      2010-03-19
  • [Presentation] セルロースナノファイバー結晶界面における金ナノ粒子合成と触媒機能2010

    • Author(s)
      古賀大尚、北岡卓也, 他
    • Organizer
      第60回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      宮崎
    • Year and Date
      2010-03-19
  • [Presentation] ホロセルロースのTEMPO触媒酸化2010

    • Author(s)
      蔵前亮太、沖田祐介, 他
    • Organizer
      第60回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      宮崎
    • Year and Date
      2010-03-19
  • [Presentation] 新規アミロウロン酸ヒドロラーゼの性質とグルクロン酸製造プロセスへの適用2010

    • Author(s)
      長山隼、阿部大翼, 他
    • Organizer
      第60回日本木材学会大会
    • Place of Presentation
      宮崎
    • Year and Date
      2010-03-19
  • [Presentation] 環境適合型新規バイオナノ先端部材の開発2010

    • Author(s)
      磯貝明
    • Organizer
      第10回Green Sustainable Chemistryシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-03-04
  • [Presentation] 水酸アパタイトとセルロース誘導体との複合化による新規生体膜の作製と評価2010

    • Author(s)
      清水朗理、梅田智広, 他
    • Organizer
      セラミック協会年会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-02-22
  • [Presentation] 透明ガスバリア膜を指向したセルロースファイバー/シリカハイブリッドラミネートコーティング膜の作製2010

    • Author(s)
      青山公洋、片桐清文, 他
    • Organizer
      セラミック協会年会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-02-22
  • [Presentation] 大転換する欧米のバイオナノファイバーの研究開発動向2009

    • Author(s)
      磯貝明
    • Organizer
      ナノファイバー学会講演会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-12-07
  • [Presentation] Chemistry-assisted individualization of wood cellulose microfibrils2009

    • Author(s)
      Isogai, A.
    • Organizer
      Wallenberg Wood Science Center : Nanomaterial Workshop
    • Place of Presentation
      スウェーデン、Stockholm
    • Year and Date
      2009-12-02
  • [Presentation] 世界の紙パルプ関連の新しい基盤および応用研究とその動向2009

    • Author(s)
      磯貝明
    • Organizer
      繊維学会第48回紙パルプシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-11-27
  • [Presentation] TEMPO-oxidized cellulose nanofibers for paper and packaging2009

    • Author(s)
      Isogai, A.
    • Organizer
      Polysaccharides as a source of advanced materials
    • Place of Presentation
      フィンランド、Turku
    • Year and Date
      2009-09-23
  • [Presentation] Functional Developments of Cellulosic Molecules and Microfibrilsvia TEMPO-Mediated Oxidation2009

    • Author(s)
      Isogai, A.
    • Organizer
      Europe-Japan Polysaccharides Workshop 2009
    • Place of Presentation
      ドイツ、Hamburg
    • Year and Date
      2009-09-16
  • [Presentation] TEMPO触媒酸化による天然セルロースのナノファイバー化と物性発現2009

    • Author(s)
      斉藤継之、范一民, 他
    • Organizer
      高分子討論会
    • Place of Presentation
      熊本
    • Year and Date
      2009-09-16
  • [Presentation] 透明でガスバリア性を備えた新規セルロースナノファイバーフィルム2009

    • Author(s)
      福住早花、斉藤継之, 他
    • Organizer
      平成21年度日本包装学会年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-07-10
  • [Presentation] セロウロン酸の調製法と重合度に関する検討2009

    • Author(s)
      磯貝拓也、廣田真之, 他
    • Organizer
      セルロース学会代16回年次大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2009-07-02
  • [Presentation] LBL剥雕に伴うセルロースミクロフィブリル構造の変化2009

    • Author(s)
      沖田祐介、斉藤継之, 他
    • Organizer
      セルロース学会代16回年次大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2009-07-02
  • [Presentation] アミロウロン酸分解菌の単雕とその分解酵素の性質2009

    • Author(s)
      長山隼、阿部大翼, 他
    • Organizer
      セルロース学会代16回年次大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2009-07-02
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いたセルロースミクロフィブリルの弾性率測定2009

    • Author(s)
      岩本伸一朗、開衞華, 他
    • Organizer
      セルロース学会代16回年次大会
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2009-07-02
  • [Presentation] Individualization of Nano- Sized Plant Cellulose Fibrils Achieved by Direct Surface Carboxylation using TEMPO Catalyst2009

    • Author(s)
      Isogai, A.
    • Organizer
      2009 Internationl Conference on Nano-technology for the Forest Products Industry
    • Place of Presentation
      カナダ、Edmonton
    • Year and Date
      2009-06-24
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いたセルロースシングルナノファイバーの物性解析2009

    • Author(s)
      岩本伸一朗、開衞華, 他
    • Organizer
      第58回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2009-06-18
  • [Presentation] ポリ乳酸フィルムのプラズマ処理による表面改性2009

    • Author(s)
      開衞華、岩本伸一朗, 他
    • Organizer
      第58回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2009-06-18
  • [Presentation] セロウロン酸のpH安定性と低分子化機構2009

    • Author(s)
      Saito, T., Fukuzumi, H., et al.
    • Organizer
      International Symposium on Wood, Fiber, Pulping Chemistry 2009
    • Place of Presentation
      ノルウェー、Oslo
    • Year and Date
      2009-06-16
  • [Presentation] Preparation and characterization of individualized chitin nanofibers dispersed in water2009

    • Author(s)
      Fan, Y., Saito, T., et al.
    • Organizer
      International Symposium on Wood, Fiber, Pulping Chemistry 2009
    • Place of Presentation
      ノルウェー、Oslo
    • Year and Date
      2009-06-16
  • [Presentation] Characterization of cellulose nanofibers prepared by TEMPO-mediated oxidation of various native celluloses2009

    • Author(s)
      Okita, Y., Saito, T., et al.
    • Organizer
      International Symposium on Wood, Fiber, Pulping Chemistry 2009
    • Place of Presentation
      ノルウェー、Oslo
    • Year and Date
      2009-06-16
  • [Presentation] TEMPO oxidation of cellulose : From science to products2009

    • Author(s)
      Isogai, A.
    • Organizer
      International Conference on Paper & Coating Chemistry Symposium 2009
    • Place of Presentation
      カナダ、Hamilton
    • Year and Date
      2009-06-12
  • [Presentation] セロウロン酸のpH安定性と低分子化機構2009

    • Author(s)
      藤澤秀次、廣田真之, 他.
    • Organizer
      繊維学会平成21年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-06-10
  • [Presentation] 新規TEMPO触媒酸化によるセルロースビーズの表面改質2009

    • Author(s)
      廣田真之、田村直之, 他
    • Organizer
      繊維学会平成21年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-06-10
  • [Presentation] TEMPO酸化セルロースナノファイバーのサイズ評価2009

    • Author(s)
      篠田隆史、福住早花, 他
    • Organizer
      繊維学会平成21年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-06-10
  • [Presentation] TEMPO誘導体を用いたパルプの酸化処理とナノファイバー化2009

    • Author(s)
      岩本伸一朗、開衞華, 他
    • Organizer
      繊維学会平成21年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-06-10
  • [Presentation] ポリ乳酸フィルムのプラズマ処理によるアクリル酸修飾2009

    • Author(s)
      開衞華、岩本伸一朗, 他
    • Organizer
      繊維学会平成21年度年次大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-06-10
  • [Patent(Industrial Property Rights)] キチンナノファイバーとその製造方法、キチンナノファイバー分散液、ナノフィブリル構造体、及びキチン複合体2010

    • Inventor(s)
      磯貝明, 齋藤継之, 范一民
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2010-000682
    • Filing Date
      2010-02-04
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] セルロースナノファイバーおよび金属ナノ粒子を含む複合体、ならびにその製造方法2010

    • Inventor(s)
      日高満美, 古賀大尚, 北岡卓也, 磯貝明
    • Industrial Property Rights Holder
      九州大学
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2010/052117
    • Filing Date
      2010-02-05
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Method of hydrophilizing cellulose fiber, hydrophilized cellulose fiber, hydrophilizing agent and fiber product2009

    • Inventor(s)
      磯貝明, 齋藤継之, 平野昌一, 由井美也, 田中千晶
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学グンゼ(株)
    • Industrial Property Number
      WO2009/107637A120090903
    • Filing Date
      2009-04-10
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Metod for modification of cellulose, modified cellulose, celluronic acid, and cellulose microcrystal2009

    • Inventor(s)
      磯貝明, 齋藤継之, 口村直之, 廣田真之
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Number
      WO2009/107795A120090903
    • Filing Date
      2009-04-10
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ナノファイバー積層体とその製造方法2009

    • Inventor(s)
      岩田忠久, 開衞華, 磯貝明
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Number
      特願2009-114800
    • Filing Date
      2009-05-11
  • [Patent(Industrial Property Rights)] セルロースナノファイバー分散液の製造方法、セルロースナノファイバー分散液、セルロースナノファイバー成形体、およびセルロースナノファイバー複合体2009

    • Inventor(s)
      磯貝明, 齋藤継之, 沖田祐介
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Number
      特願2009-124408
    • Filing Date
      2009-05-22
  • [Patent(Industrial Property Rights)] セルロースナノファイバーの製造方法2009

    • Inventor(s)
      磯貝明、齋藤継之
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学
    • Industrial Property Number
      特願2009-194865
    • Filing Date
      2009-08-25
  • [Patent(Industrial Property Rights)] セルロース繊維の親水性化処理方法2009

    • Inventor(s)
      磯貝明, 齋藤継之, 田中千晶, 由井美也
    • Industrial Property Rights Holder
      東京大学グンゼ(株)
    • Industrial Property Number
      特願2009-194866
    • Filing Date
      2009-08-25
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 微細修飾セルロースの製造方法2009

    • Inventor(s)
      河野一輝, 磯貝明
    • Industrial Property Rights Holder
      帝人
    • Industrial Property Number
      特願2009-289111
    • Filing Date
      2009-12-21
  • [Patent(Industrial Property Rights)] セルロース繊維の懸濁液とその製造方法2009

    • Inventor(s)
      向井健太, 熊本吉晃, 磯貝明
    • Industrial Property Rights Holder
      花王(株)
    • Industrial Property Number
      特願2009-291858
    • Filing Date
      2009-12-24

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Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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