2023 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of liquid marbles formed with hydrophobicized cellulose fine powder
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21K05716
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| Research Institution | Forest Research and Management Organization |
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Principal Investigator |
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 (60343810)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | セルロース / 液体ビー玉 / リキッドマーブル / 疎水化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースパウダーの表面を疎水化した後、そこに小さな水滴を落とすと、水滴はその表面にセルロース微粒子を吸着し、セルロースによって被覆・カプセル化された水滴の微小球体が形成される。これがセルロース液体ビー玉である。この液体ビー玉は、水溶液の非汚染的な貯蔵や輸送、高粘度水溶液への固体的ハンドリング性の付与、外部刺激応答センサーなどへの応用が期待される。
本研究では、セルロース液体ビー玉の形成条件およびその特性を解明するため、液体ビー玉の形成を制御する因子の解明、および特性評価を行った。その結果、液体ビー玉の形成には内部液相の性質（表面張力）が大きく影響することを明らかにした。
液体ビー玉の外殻調製は、メチルトリメトキシシランの気相コーティング法を適用することにより、セルロースパウダーの疎水化が簡便に行なうことが可能であった。起源やサイズの異なる各種セルロースパウダーと水を用いて液体ビー玉形成可否について検討したところ、起源やサイズに関係なく、セルロース液体ビー玉を容易に調製することができた。これら液体ビー玉は崩壊させずに互いに接触が可能な一方で、分裂や合一ができること、また適切な状況下で押し潰せば外殻セルロースおよび内部液を分離しながら、それぞれ再利用可能なことが明らかとなった。液体ビー玉を偏光顕微鏡で観察したところ、水滴表面にセルロースパウダーが吸着している構造が認められた。さらに、液体ビー玉の水面浮遊が確認できた。
また、内部液相の性質が液体ビー玉の形成に与える影響に関し、各種溶剤を用いて形成条件を検討した結果、液体ビー玉形成の可否は液体の溶解度パラメーターや極性指標各種との相関が見られ、ある程度高い極性を有していないと液体ビー玉は形成しないことが明らかとなった。一方で、液相のpHの影響は受けなかった。
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