2014 Fiscal Year Research-status Report
性能制御したセルロース－無機ハイブリッド材料の開発
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26450240
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| Research Institution | Forestry and Forest Products Research Institute |
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Principal Investigator |
戸川 英二 独立行政法人森林総合研究所, バイオマス化学研究領域, 主任研究員 (60343810)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | セルロース / 高分子構造 / 有機-無機ハイブリッド / 複合材料・物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースを基材にした新機能材料開発を目的として、セルロースと無機シリカを分子レベルでハイブリッド化した材料調製法の開発と、その構造および物性を検討している。
フィルム材料における透明性は、利用範囲を広げるために重要な性質である。一般に、高分子とシリカ化合物との複合化において、各素材は相分離するために不均一状態となって白濁する場合が多い。セルロース溶液とケイ素化合物モノマー（アルコキシシラン類）のゾル-ゲル反応による複合化法を用いて、今回は二官能性シランであるジメトキシメチルフェニルシラン（DMMPS）を新たに用いてハイブリッドフィルムを調製し、その透明性を検討した。その結果、DMMPSを用いた場合、柔軟で透明なハイブリッドフィルムが得られた。いっぽうで単体のDMMPSはゾル-ゲル反応後にシリコーンオイルを形成した。また、DMMPSハイブリッドフィルムの重量増加量は他のシラン類と比較して高いことから、DMMPSはセルロースとの反応性（相溶性）が高いシランであることが示唆された。セルロース/DMMPSハイブリッドフィルムは、乾燥状態では高い透明性を示したのとは逆に、含水状態では白濁化した。この現象は、含水によってフィルム内で成分分離が発生したことを示唆した。DMMPS以外では、四官能性シランであるテトラメトキシシランあるいはテトラエトキシシランを用いた場合に、透明なハイブリッドフィルムが得られることをこれまでに明らかにしている。以上の成果によって、上記３種類のシランとセルロースをさまざまな混合比率で組み合わせることで、透明性が高く、力学性能の制御が可能なセルロースハイブリッド材料の調製が期待できる。
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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
今年度の研究実施計画では、透明度が高く、高強度を有するセルロース/無機シリカハイブリッドの調製を掲げた。今回、二官能性シランであるジメトキシメチルフェニルシランがセルロースとの相溶性が高いことを見出し、透明なハイブリッドフィルムを作製することに成功した。二官能性シランは、ゾル-ゲル反応による加水分解・縮合によってシリコーンを形成するため、得られたハイブリッドフィルムは柔軟性に富むフィルムとなった。このハイブリッドフィルムの構造上の特徴として、含水時の白濁化がみられた。この現象は、含水によってセルロース/無機シリコーンの両成分が相分離することに起因することを構造解析によって明らかにした。
透明性と機械強度を両立させた性質を有するセルロース/シリカ系ハイブリッド材料の開発の先鞭をつけた。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、セルロースとシラン成分を複合化した二成分、あるいは三成分ハイブリッド材料の調製法の確立ならびに特性評価を行なう。
本年度から、調製できたハイブリッド材料の機能評価として、含水状態での力学物性に加えて、耐熱性（熱分解挙動）等の性能試験を行なう。
具体的な機能評価の内容は、力学物性としては前年度から引き続き、弾性率・引張破断強度・破断伸びを測定する。この測定により、ハイブリッド材料の機械的性能を見極める。耐熱性に関しては、熱重量測定における10％減量温度を指標として用いる。この測定結果から、セルロースに無機素材であるシリカの難燃性能が付与できたかが評価できる。水に対する性能に関しては、材料のバルク評価として、水膨潤度ならびに保水度試験を行なう。さらに含水状態における力学物性を検討し、ハイブリッド材料の耐水性評価を行なう。表面解析は、前年度からの顕微鏡観察に加えて、比表面積測定を行ない、表面の粗さを解析する。透明性（外観）に関しては、可視光吸収装置を用いて評価する。
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