2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project/Area Number |
25712020
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
横田 慎吾 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (30600374)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | セルロース / ナノファイバー / ネマチックオーダーセルロース / 表面化学修飾 / 表面活性化 / リビングラジカル重合 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ物質の三次元構造形成による材料設計においては、特定のパターンを有する「足場」とその上に堆積する物質（「ビルディングブロック」）間にはたらく界面相互作用が重要な因子となる。本研究は、セルロースナノ物質の表面化学構造を改質することにより、新たな機能性材料の構築を可能とする足場とビルディングブロックの設計を目指している。
本年度は、①結晶性セルロースナノファイバーの水系化学改質を可能とする表面活性化、②セルロース配向膜（ネマチックオーダーセルロース（NOC））の精密な表面化学改質による表面疎水化を検討した。
①セルロースナノファイバー：水中カウンターコリジョン法によって得られた微結晶セルロース由来のセルロースナノファイバー（CNF）について、水系反応（カルボキシメチル（CM）化）の前処理として、水酸化ナトリウム水溶液への浸漬処理（アルカリ処理）を行った。その結果、1-5 wt%程度の低い水酸化ナトリウム濃度で、CNF表面の水酸基が活性化され、容易にCM化が進行した。すなわち、結晶性CNF表面の化学反応性向上におけるアルカリ活性化の重要性が示された。
②NOC：NOC表面に固定化された開始基を介してベンゼン環を側鎖にもつスチレンのオリゴマーを制御重合した結果、NOC表面の配向を維持したまま、スチレンオリゴマーが導入された。さらに、UV照射処理によりスチレンオリゴマーを部分開裂させることにより、表面ぬれ性（水の接触角：37～88°）を任意に制御することが可能となった。疎水性度の異なるNOC基板上で、CNF産生菌（酢酸菌）を培養したところ、CNFと基板との疎水性相互作用を示唆する菌の挙動が観察された。すなわち、疎水性相互作用による物質のエピタキシャル的な構造形成を誘発するテンプレート機能を有している可能性が示された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
結晶性が高く化学的に安定な表面を有するセルロースナノファイバーを水系のマイルドな条件で化学改質する観点から、CNFのアルカリ活性化に関する知見は、一般性が高く重要な成果であると考える。一方で、ネマチックオーダーセルロースの精密な表面化学改質を通じて、疎水性相互作用を評価可能となったことは、水系での三次元構造化のための足場材料を設計する足掛かりとなる成果である。これらの成果についてはいずれも論執筆中である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
セルロースナノファイバー（CNF）について：所属研究室で用いているCNF調製法である水中カウンターコリジョン法(ACC法)の特徴を活かした表面化学修飾を検討する。すなわちACC法では、ナノ微細化の際に開裂する部位が限定され、得られたナノファイバーの表面特性が他の手法の場合と異なる。特に、特定の表面にのみ反応性の水酸基が露出することを活かし、前年度までに得られた表面活性化、表面化学修飾、キャラクタリゼーションの基礎知見を活かして、これまでにない部位選択的に表面改質されたナノファイバーの創製を試みる。
ネマチックオーダーセルロース（NOC）について： NOC表面に一軸配向したセルロース分子鎖の水酸基を介した表面開始原子移動ラジカル重合法に成功した。今後は、疎水性グラフト鎖の長さと密度を変化させ、精密な表面自由エネルギーの制御を試みる。得られた基材表面の性質の評価方法としては、引き続き酢酸菌（Gluconacetobacter xylinus）を用いた独自のシステムを用いる。また、化学改質NOCのテンプレート機能について検討する。すなわち、他のナノ物質のエピタキシャル堆積挙動と改質NOCの表面構造との相関性について検討する。
|
