| 研究課題/領域番号 |
22K20592
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0603:森林圏科学、水圏応用科学およびその関連分野
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
春日 貴章 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (40915584)
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| 研究期間 (年度) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | セルロースナノファイバー / 電気泳動堆積 / 配向制御 / 高分子フィルム / ナノセルロース / ハイドロゲル / 脱水・濃縮技術 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
セルロースナノファイバー(CNF)とは主に木材を原料とする機能性ナノ繊維である。軽量、高強度、高耐熱且つ持続可能であることから実用化が進められているが、原料となるCNF/水分散液は98%以上が水であり、脱水工程の省エネルギー化、高速化技術が求められている。本研究では、CNFの電気泳動堆積現象を用いた新規脱水・濃縮技術の創成を目指す。電気泳動堆積現象に寄与する電気泳動的作用と電気化学的作用を切り分け、最重要となるパラメータを解明する。
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| 研究実績の概要 |
セルロースナノファイバーは高機能かつ持続可能なナノ繊維だが、製造工程の関係上、水を多量に含んだ水分散液の状態を出発原料として利用する必要がある。加えてセルロースナノファイバーは水との親和性が高いため脱水に多大なエネルギー及び時間が必要であり、フィルムや乾燥体、樹脂複合材製造に向けた脱水工程の効率化が求められている。本研究ではセルロースナノファイバーの電気泳動堆積現象に着目した新規脱水技術の開発に取り組む。2022年度は、セルロースナノファイバーの電気泳動堆積における重要パラメータの特定を行った。まず、セルロースナノファイバーの電気泳動堆積現象のメカニズム解明に適した専用セルの設計、開発を行った。開発したセルは炭素電極を使用することで陽極金属の溶出による影響を排除し、電極間距離の変更が可能な設計とした。開発したセルを用いて、電極間の印加電圧と陽極上への堆積速度の関係を確認した。その結果、電極間の印加電圧と陽極上で得られるセルロースナノファイバーハイドロゲルの濃度には正の相関がみられた。但し、高電圧で電極上にセルロースナノファイバーを堆積させた際、陽極上に堆積したセルロースナノファイバーはプロトン化しており、陽極近傍の水の電気分解による酸性化の影響が確認された。また、電圧印加時間と堆積後のナノファイバーハイドロゲルの濃度に関しては、時間の延長に伴い、濃度が継続して増加していく傾向が確認された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新規セルの設計、作製も順調に進行し、既に複数個のセルを用いた実験体制が整っている。電気泳動堆積による濃縮と傾向把握も進んでおり、概ね当初の研究実施計画の通りに研究が進行している。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は電極間距離の影響や堆積したセルロースナノファイバーハイドロゲルの詳細な化学的、構造的解析を進める。現時点で判明している課題として、特に高電圧を用いた場合、陽極における水の電気分解による酸素気泡の発生によってナノファイバーハイドロゲルが気泡を多量に含んでしまう傾向が判明している。濃縮においては問題ないものの、フィルム作製等の応用に向けては対策が必要なため気泡抑制アプローチも検討する。
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