2021 Fiscal Year Annual Research Report
Resin reinforcement ability of surface modified cellulose nanofiber with polydopamine
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21H01705
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
長嶺 信輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (30335583)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
引間 悠太 京都大学, 工学研究科, 助教 (50721362)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | セルロースナノファイバー / ポリドーパミン / 樹脂補強フィラー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースナノファイバー(CNF)の樹脂補強フィラーとしての性能，汎用性を高めるための表面修飾法の開発を行っている。具体的には，様々な固体に接着性を示すポリドーパミン(PDA)によりCNF表面をコーティングし，さらにPDA層に種々の官能基を導入する。今年度はオクタデシルアミン(ODA)，ベンジルアミン(BZA)の2種類のアミンを用いた官能基導入による表面の疎水化を試みた。ODAについて，異なる処理温度で24時間官能基導入を行い，残存アミン濃度の分析により官能基導入量を評価した。その結果，処理温度40℃付近で導入量が最大になることが明らかになった。また同様のPDAコーティング，オクタデシル基導入を単分散シリカ粒子に施し，ポリプロピレン(PP)と溶解度パラメータの近いトルエン中での沈降試験を行った。その結果，処理温度40℃で表面処理した粒子がトルエン中での分散安定性が最も高くなり，官能基導入量の増加により樹脂への親和性が向上する可能性が示唆された。
ODA, BZAによる官能基導入を施したCNFをフィラーとしてポリエチレン(PE)と混練し，引張試験による強度評価を行った。CNF添加による弾性率の向上は確認されたものの，官能基導入による効果は明確には確認できなかった。これは高温，高せん断での混練工程における樹脂の劣化や官能基へのダメージが補強効果と相殺しているためであると考えられ，今後混練工程の再検討を行う予定である。
以上の研究結果の一部は化学工学会第52回秋季大会にて発表した。
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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
PDA修飾CNFへの官能基導入において最適な温度条件があることを見出した。これは官能基導入の効率化，導入量の制御に関して重要な結果である。一方で表面修飾CNFと樹脂との複合化に課題が残されているが，概ね順調に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
PDA修飾CNFへの官能基導入において，これまでは処理時間を24時間に固定して検討してきた。しかし処理温度により官能基導入量に差異が見られたことから，24時間では処理時間が十分ではない可能性がある。また，最適な処理温度が存在する原因を解明する必要がある。そこで，ODAを用いた官能基導入実験を様々な温度で実施し，ODA濃度の経時変化を追跡する。ODAのPDA層表面への吸着，付加反応に基づき官能基導入過程を記述するモデルを構築し，測定結果との比較によりモデルの妥当性を検証する。
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Research Products
(1 results)
