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ナノ複合材料の設計を目的としたセルロースナノフィブリル材料の構造と特性解析

研究課題

研究課題/領域番号 13J07327
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 木質科学
研究機関東京工業大学

研究代表者

福住 早花  東京工業大学, 大学院理工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードセルロース / ナノファイバー / ガスバリア膜 / 陽電子消滅法 / 包装材料
研究概要

再生産可能な天然高分子である木材セルロースは、幅3-4nmの伸びきり鎖からなる繊維状の結晶構造を有しているためナノ材料として補強材や包装材料等の様々な応用が期待されている。これまでの研究で、木材セルロースへの表面酸化と軽微な解繊処理により得られる幅3nmのセルロースナノフィブリルから透明で高い酸素バリア性を有する膜の調製に成功した。乾燥下の酸素透過係数は石油由来のガスバリア高分子であるエチレンビニルアルコールの約10分の1である。本研究ではセルロースナノフィブリルの膜内における自己組織化が膜のガスバリア性に与えるメカニズムを明らかにするため、結晶性、配向性、空隙サイズ等の構造と酸素バリア性を評価し、それを再生セルロースや合成高分子の挙動と比較することで結晶性ナノフィブリルから成るセルロース材料の構造と特性を明らかにすることを目的とした。さまざまな長さ、表面組成を有するナノフィブリル膜のナノ空孔を産業技術総合研究所の協力のもと陽電子消滅法により評価したところ、酸素分子の膜内での拡散遅れがガスバリア性の原因であり、その拡散遅れは、ナノフィブリルのサイズに起因するものとナノフィブリル間の空孔の大きさに依存する2種類の遅れがあることが明らかになった。またナノファイバー膜の空孔は再生セルロース膜や合成高分子よりも小さく、結晶性ナノファイバーが層状に積層し、分子運動が抑制された膜の構造が優れたガスバリア性をもたらすことがわかった。本成果によりガスバリア性発現メカニズムにおける石油由来の高分子と天然高分子ナノファイバー膜の違いが明らかとなり、天然高分子の利用拡大を目指した基礎的知見を得ることができた。本成果は国内学会・研究会にて既に発表され、国際的な科学雑誌に投稿する予定であり、高機能バイオマス材料の有効利用が加速されることが期待される。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(1件)
  • 2013 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Selective Permeation of Hydrogen Gas Using Cellulose Nanofibril Film2013

    • 著者名/発表者名
      Fukuzumi, et al.
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 14 号: 5 ページ: 1705-1709

    • DOI

      10.1021/bm400377e

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of carboxyl-group counter-ions on biodegradation behaviors of TEMPO-oxidized cellulose fibers and nanofibril films2013

    • 著者名/発表者名
      I. Homma, H. Fukuzumi, T. Saito, A. Isogai
    • 雑誌名

      Cellulose

      巻: 20 号: 5 ページ: 2505-2515

    • DOI

      10.1007/s10570-013-0020-6

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation and characterization of TEMPO-oxidized cellulose nanofibrils with ammonium carboxylate groups2013

    • 著者名/発表者名
      M. Shimizu, H. Fukuzumi, T. Saito, A. Isogai
    • 雑誌名

      International Journal of Biological Macromolecules

      巻: 59 ページ: 99-104

    • DOI

      10.1016/j.ijbiomac.2013.04.021

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] セルロースナノファイバー膜の自由体積評価とガスバリア性2013

    • 著者名/発表者名
      福住早花、扇澤敏明、磯貝明、大島永康、小林慶規
    • 学会等名
      第51回高分子と水に関する討論会
    • 発表場所
      東京工業大学(大岡山)
    • 年月日
      2013-12-09
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] PALSによる酸素透過バリアナノファイバー膜の評価2013

    • 著者名/発表者名
      福住早花
    • 学会等名
      平成25年度 陽電子ビーム利用材料評価コンソーシアム研究会
    • 発表場所
      産業技術総合研究所(つくば)
    • 年月日
      2013-10-04
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノセルロースフィルムのガスバリア性発現機構の検討2013

    • 著者名/発表者名
      福住早花、扇澤敏明、磯貝 明
    • 学会等名
      第44回繊維学会夏季セミナー
    • 発表場所
      桐生市市民文化会館(桐生)
    • 年月日
      2013-08-09
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] TEMPO酸化セルロースナノフィブリルの分散安定性評価2013

    • 著者名/発表者名
      福住早花、田仲玲奈、磯貝 明
    • 学会等名
      セルロース学会第20回年次大会
    • 発表場所
      京都大学宇治キャンパス(京都)
    • 年月日
      2013-07-19
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Gas selective properties of cellulose nanofibril films prepared by TEMPO oxidation2013

    • 著者名/発表者名
      H. Fukuzumi, S. Fujisawa, T. Saito, A. Isogai.
    • 学会等名
      The 17th International Symposium on Wood, Fibre and Pulping Chemistry
    • 発表場所
      バンクーバー(カナダ)
    • 年月日
      2013-06-13
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2014-01-29   更新日: 2024-03-26  

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