2015 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 国立研究開発法人 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 / 有機・無機ハイブリッド / 高分子構造・物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロースを基材にした高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。これまでに、セルロース有機溶液と無機ケイ素化合物モノマー（アルコキシシラン）のゾル-ゲル反応を応用した複合化によるハイブリッド化法を開発した。今回は四官能性シランであるテトラエトキシシラン(TEOS)、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)を用いて、透明性の高いセルロース-シリカハイブリッドフィルムを調製し、その力学物性を検討した。その結果、アルコキシシランを用いたハイブリッド化によって、セルロースフィルムの力学物性が向上することが認められた。1%セルロース溶液10gに対して、TEOSあるいはDMMPSを、0.02～0.05g添加してハイブリッド化した場合、弾性率と引張強度は極大値を示し、セルロースneatフィルムと比較して、弾性率では3GPa、引張強度では40MPa、それぞれ高い値が得られた。さらにTEOSの場合、破断伸びの増大も認められ、ハイブリッドフィルム中における無機シリカが強度補強効果だけではなく、セルロースマトリックスに対して可塑剤のような役割があることが示唆された。さらにシランを過剰に添加した場合には、フィルムの各力学物性値が低下することが確認された。ハイブリッドフィルムの高次構造を解析したところ、アルコキシシラン添加量が増加すると、セルロースの高次構造が乱れることが明らかとなった。以上の成果は、セルロースとシランを用いて性能制御が可能なセルロース-無機ハイブリッド材料開発のための基礎的知見となる。
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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
本年度の研究計画として、セルロースとアルコキシシランからなる二成分ハイブリッド材料の構造と力学物性の相関解析、熱分解挙動（耐熱性）の評価を立案していた。今回、高い透明性を与えるハイブリッドフィルム（TEOS使用およびDMMPS使用）を用いて特性評価を行なった。また、これまでに調製したハイブリッドフィルムの熱挙動評価を行ない、四官能ならびに三官能シランとの複合化の場合は、耐熱性が向上する結果が得られた。さらに、より実用性が高いと思われるコーティング法によるセルロースのハイブリッド化実験条件を検討することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も継続して、セルロースとアルコキシシランの複合化をゾル-ゲル法を用いて行ない、特性評価を行なう。
具体的には、セルロースの出発形態をこれまでの溶液（共存ブレンド反応法）から、wet-凝固ゲル（浸漬反応法）、凝固再生乾燥フィルム（表面コーティング処理法）へと変化させて、アルコキシシランによる各種反応法によるハイブリッド化を試み、得られたハイブリッド材料の構造および物性を評価する。
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| Causes of Carryover |
当初予定していた額よりも安価で物品購入できたため次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究計画最終年度にあたるため、研究成果の発表報告を行なうための旅費を中心にして、計画的に早期執行を行なう。持ち越された次年度使用額は大きくないため、当初の計画通りの費目別使用を予定している。
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