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ポリ乳酸修飾鎖の導入による高強度オールバイオマス複合材料の創製

Research Project

Project/Area Number 18J13281
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionKeio University
Research Fellow 黒川 成貴  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsポリ乳酸 / セルロース / エレクトロスピニング / ナノファイバー / 力学物性 / 複合材料
Outline of Annual Research Achievements

本研究は,石油由来の汎用性プラスチックの代替材料として期待されているポリ乳酸 (PLA) の力学物性向上のため,PLAとセルロースナノファイバー(CNF)の複合材料を開発し,その力学物性を解析することを目的としている.このとき,複合化する強化材のアスペクト比が高いほうが,得られる複合材料の弾性率を効率的に向上できることに着目し,CNFをエレクトロスピニング法を用いて作製できるか検討した.
始めに,Acetone/Dimethylformamide (6/4 wt/wt) を混合溶媒として,溶質濃度20 wt%のCellulose acetate溶液を調整した.これをシリンジに封入し,エレクトロスピニング法によりナノファイバー化した.得られたCellulose acetateナノファイバー (CA-NF) をNaOH/ethanol溶液に24 h浸漬することで鹸化処理を行い,平均直径が430 nm程度のCNFを得ることができた.化学構造の変化はフーリエ変換赤外分光法により評価し,鹸化処理によりアセチル基由来のピークが消失し,水酸基由来のピークが発現する様子が見られた.
作製したCA-NF,CNFを用いてPLAとの複合材料を作製し,その力学物性を静的引張試験により評価した.CA-NF/PLA複合材料について,ナノファイバー含有率の増加にともない,複合材料の弾性率は線形に向上する様子が見られ,ナノファイバー含有率15 wt%のときに弾性率は1840 MPaとなった. PLAに対してCA-NFが良い補強効果を示した要因としては,CA-NFがPLAと親和性が良かったことが挙げられる.CNFはCA-NFより高強度であるが,親和性がPLAと良くないためにCA-NFのように線形に弾性率が向上する様子は見られないが,その高強度のためCA-NF/PLAより高弾性率を示していた.

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(13 results)

All 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Enhancement of the mechanical property of poly(ε-caprolactone) composites with surface-modified cellulose nanofibers fabricated via electrospinning2019

    • Author(s)
      Ichimura Hiroki、Kurokawa Naruki、Hotta Atsushi
    • Journal Title

      MRS Advances

      Volume: 1 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1557/adv.2019.4

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermomechanical properties of highly transparent self-reinforced polylactide composites with electrospun stereocomplex polylactide nanofibers2018

    • Author(s)
      N. Kurokawa, A. Hotta
    • Journal Title

      Polymer

      Volume: 153 Pages: 214-222

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2018.08.018

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Annealing and saponification of electrospun cellulose-acetate nanofibers used as reinforcement materials for composites2018

    • Author(s)
      S. Inukai, N. Kurokawa, A. Hotta
    • Journal Title

      Composites Part A: Applied Science and Manufacturing

      Volume: 113 Pages: 158-165

    • DOI

      10.1016/j.compositesa.2018.07.028

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Mechanical properties of poly(vinyl alcohol) composites with electrospun cellulose nanofibers annealed at different temperatures2018

    • Author(s)
      Shunya Inukai, Naruki Kurokawa, Atsushi Hotta
    • Organizer
      2018 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Surface-modified cellulose nanofibers for the effective reinforcing materials of poly(ε-caprolactone) composites2018

    • Author(s)
      Hiroki Ichimura, Naruki Kurokawa, Atsushi Hotta
    • Organizer
      2018 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Annealing and saponification of electrospun cellulose nanofibers for a reinforcement material of poly(vinyl alcohol) composites2018

    • Author(s)
      Shunya Inukai, Naruki Kurokawa, Atsushi Hotta
    • Organizer
      2018 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhancement of the mechanical property of poly(ε-caprolactone) composites with surface-modified cellulose nanofibers2018

    • Author(s)
      Hiroki Ichimura, Naruki Kurokawa, Atsushi Hotta
    • Organizer
      2018 MRS Fall Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] エレクトロスピニングによるナノファイバとその複合化2018

    • Author(s)
      堀田篤,黒川成貴,市村弘毅,犬飼駿也,谷口穂鷹
    • Organizer
      第3回ソフトマター工学分科会講演会・会員総会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] エレクトロスピニング法によるセルロース系ナノファイバーの作製とその複合化によるポリカプロラクトンの力学物性2018

    • Author(s)
      谷口穂鷹,黒川成貴,堀田篤
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] セルロースナノファイバーの表面修飾とポリカプロラクトンへの複合化2018

    • Author(s)
      市村弘毅,黒川成貴,堀田篤
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 表面修飾をしたセルロースナノファイバーとポリカプロラクトンの複合材料の力学物性2018

    • Author(s)
      市村弘毅,黒川成貴,堀田篤
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] セルロース系ナノファイバー/ポリカプロラクトン複合材料の作製とその力学物性評価2018

    • Author(s)
      谷口穂鷹,黒川成貴,堀田篤
    • Organizer
      第67回高分子討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 化学酵素重合を利用した主鎖に芳香環を有するポリペプチドの合成2018

    • Author(s)
      土屋康佑,黒川成貴,沼田圭司
    • Organizer
      第68回高分子学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2019-12-27  

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