2014 Fiscal Year Research-status Report
磁気プロセッシングによる環境調和型高分子の高次元異方化と機能制御
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25870356
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
久住 亮介 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (70546530)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ポリ(L-乳酸) / 結晶化核剤 / エピタキシャル成長 / 磁場配向 / 構造設計 / 特性制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，リン元素含有の有機微結晶あるいはセルロース系微結晶を特殊磁場下で三次元配向させ，これを環境調和型ポリエステルのエピタキシャル成長の核とすることで，高度に制御された異方性をもつ環境調和型ポリマー材料の創製と構造解析・機能開拓を試みている．当初の研究計画に基づき，平成26年度には主に次の課題(B)を遂行した．
課題(B) リン系低分子微結晶からのポリ乳酸のエピタキシャル成長と構造解析・機能制御
その結果，平成26年度末までにおいて下記の成果が得られた．
前年度に引き続き，ポリL-乳酸(PLLA)の結晶核剤としてフェニルホスホン酸亜鉛塩(PPA-Zn，単斜晶)を選択し，溶媒キャストと溶融混練の併用によりPPA-Zn/PLLA複合フィルムを作製した．得られたフィルムを強磁場・高温用に設計した試料アタッチメントにセットし，8T超伝導磁石内で等速回転させて，PLLA溶融下での回転磁場の印加によるPPA-Znの一軸配向化を行った．その後，放冷によりPLLAを結晶化させて得られたフィルムについてX線回折測定を行った結果，前年度の静磁場を用いた実験と同じくPLLAの一軸配向化が達成されていることが分かった．このことから，動的磁場下においても一軸磁場配向化したPPA-Znの結晶表面からのPLLAの結晶成長の誘起が可能であることが示された．さらに，前年度に行ったPPA-Znの擬単結晶化の条件を基に周波数変調型の回転磁場を印加して同様の実験を行い，三次元的に配向したPPA-Zn表面からの結晶成長によるPLLAの間接的な三次元配向化を達成した．実験条件の改善等によるPLLA配向度の向上の余地は残されているものの，当初の計画通り，三次元磁場配向化PPA-Znからのエピタキシャル成長を通じた，高度に異方性が制御されたPLLA結晶の作製に成功したと言える．
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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
本研究課題は，次の3つの小課題にて構成されている．課題(A)，リン含有の低分子微結晶の擬単結晶化と多核NMR分光法による構造解析手法の確立；課題(B)，リン系低分子微結晶からのポリ乳酸のエピタキシャル成長と構造解析・機能制御；課題(C)，オールバイオマスからなる高次元異方性材料の創製と構造設計・物性制御．まず，課題(A)の多核NMR法による擬単結晶の構造解析手法については前年の平成25年度に確立されており，平成26年度内において原著論文として国際学術誌に投稿・出版済である．また，課題(B)においては，PLLA溶融下での周波数変調型の回転磁場の印加によるPPA-Zn核剤の三次元磁場配向化と，その精密に磁場配向化されたPPA-Zn表面からのエピタキシャル成長を達成している．この結果は，本研究の主要課題の一つである，高度に異方性が制御されたPLLA結晶の作製に成功したことを意味している．得られた高次元異方化PLLAの構造解析を通じ，PPA-Zn結晶核剤の磁場配向様式と磁場配向実験後に得られるPLLAの結晶構造の相関についての基礎的知見も集積されつつある．さらに，課題(C)でのオールバイオマスからなる高次元異方性材料の創製に向け，ホヤセルロース由来のセルロースIβナノ結晶を作製するとともに，PLLAへの均一分散法についての情報収集と予備実験も進行中である．
以上の状況から，本研究課題は当初の研究実施計画に概ね沿った形で順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度に引き続き，当初の研究実施計画に基づいて研究課題を遂行する．具体的には以下の通りである．
課題(B)：PPA-Zn核剤の三次元磁場配向化を通じて得られた高次元異方化PLLAについて，先に課題(A)にて確立した31P 擬単結晶NMR法およびX線回折法を適用し，PPA-Zn結晶核剤の磁場配向様式とPLLAの結晶構造の相関についての基礎的知見の集積を進める．作製した高次元異方化PLLAについて，偏光顕微鏡，FT-IR，UV/Vis分光光度計，動的粘弾性測定装置等を用いて光学的および力学的特性を解析する．さらに，適宜外部の助力も得つつ，高次元異方化PLLAの電気的特性を評価する．先に集積した異方化PLLAの構造データと各種物性の相関を体系化するとともに，各物性を最大限に引き出せる磁場配向方位・磁場勾配等の配向条件を幅広く検討し，面内/垂直配向，斜め配向といった様々な配向様式をもつ高次元異方化ポリ乳酸を作製する．配向様式の制御には，8T超電導磁石，2T電磁石用異型ポールピース，特殊配置の永久磁石を使用する．
課題(C)：セルロース微結晶(CNC，単斜晶)の表面にリン元素を導入，CNC-31Pを得る．溶融ポリ乳酸中に分散させたCNC-31Pの三次元配向化と，微結晶表面からのポリ乳酸のエピタキシャル成長を達成する．課題(A)の31P擬単結晶 NMR法およびX線回折法により，CNC-31Pを結晶核とする異方化ポリ乳酸の構造を解明する．光学的，力学的および電気的物性を評価し，課題(B)の低分子微結晶系と比較考察する．オールバイオマスからなる高次元異方性材料としての光学，力学および電気化学分野等への応用展開の可能性を例証する．
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| Causes of Carryover |
平成26年度において，本研究課題は当初の研究計画にほぼ沿った形で順調に進展した．それに伴い，課題遂行に必要な薬品・ガラス器具などの消耗品費を最小限に抑えることができたため，次年度使用額が生じる結果となった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額が生じた理由は前述の通りであるが，今後複数種の原試料や薬品の購入，さらには強磁場・高温用試料アタッチメントの改良等を検討せざるを得ない状況が発生する可能性は依然として残っている．また，国内外の学術集会における成果発表や学術誌での原著論文の出版のための諸費用も発生する．これらの需要を満たすための費用として使用する予定である．
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| Remarks |
京都大学大学院農学研究科森林科学専攻生物繊維学分野のホームページ内にて，当該研究者の研究成果（原著論文，学会発表）リストを公開．
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