| 研究課題/領域番号 |
17H01221
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
高原 淳 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (20163305)
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| 研究分担者 |
高田 晃彦 九州大学, 先導物質化学研究所, 助教 (20254427)
檜垣 勇次 大分大学, 理工学部, 准教授 (40619649)
平井 智康 大阪工業大学, 工学部, 准教授 (60585917)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | セルロースナノクリスタル / セルロースナノファイバー / ポリビニルアルコール / イモゴライト / ハロイサイト / サクラン / 有機/ 無機ハイブリッド / 階層構造 |
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| 研究実績の概要 |
天然アルミノケイ酸塩ナノチューブであるイモゴライトは内表面にSi-OH 、外表面にAl-OH基、ハロイサイトはアルミノケイ酸塩シートが筒状になったもので外表面にSi-O-Si、内孔壁にAl-OH基を有する。申請者らはAl-OH を有する表面あるいは内壁の選択的化学修飾がリン酸基を持つ化合物で可能であることを見いだし、種々の有機/ 無機ハイブリッド材料に展開した。
今年度はスルフォン基、カルボキシル基などのアニオンを有する水溶性多糖類であるサクランあるいはリン酸基を導入したセルロースナノ結晶（P-CNC)とイモゴライトとの多層積層により新規有機/ 無機ナノハイブリッドを調製した。交互積層は交互溶液浸漬法ならびにスピンアシステッドLBL法を用いた。赤外吸収スペクトル、放射光X線散乱などの手法で交互積層が進行することを確認した。
またイモゴライトの表面親水基とセルロースナノファイバーとの相互作用に着目したハイブリッド膜を調製した。イモゴライトの表面親水基とセルロースナノファイバーの表面親水性により両成分が比較的良好に分散したハイブリッド材料が得られた。調製した薄膜は極めて優れた力学物性と熱的な安定性を示した。
一方、ハロイサイトの表面のSi-O-Siを利用しシランカップリング反応を利用してボロン酸表面修飾ハロイサイト（B-HNT)を調製した。ボロン酸の導入はXPSやIRにより確認した。ボロン酸修飾HNTとポリビニルアルコール（PVA)とのハイブリッドを調製した。ボロン酸修飾HNT/PVAハイブリッドはハロイサイトの微細分散により高い透明性を示し、PVAとHNT上のボロン酸の相互作用により優れた力学的特性と熱的な安定性を示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
昨年度断念したボロン酸を利用した修飾反応に再挑戦し、ハロイサイトの表面修飾法を改良することによりボロン酸修飾HNTとポリマーのハイブリッド化に成功した。さらにイモゴライトのハイブリッド系では水溶性のサクランとのハイブリッド化への展開を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
①ナノセルロースの基本物性の確認：セルロースナノファイバー（CNF)あるいはセルロースナノ結晶（CNC)にリン酸基を導入し分散溶液のレオロジー特性を評価する。
②製膜法の確立：CNF、CNC、サクランあるいはリン酸基修飾CNC（P-CNC)とHNTあるいはIMNTの水系分散溶液を液晶状態などの秩序性のある溶液からバーコート法で製膜し、配向した有機無機ハイブリッド膜を調製し、ハイブリッド薄膜の粘弾性特性、X線回折測定、熱重量分析を行う。
③力学物性評価：実用条件に近い条件での物性評価を行うためにハイブリッド膜の二軸変形、さらにはバルジ試験によりハイブリッド膜の力学物性を評価する。併せて凝集構造を放射光X線散乱により解析する。またこのデータを材料設計にフィードバックする。
④ハイブリッド薄膜の高性能化：薄膜のタフネスを増すための界面修飾相を導入したマトリクス高分子を設計し、合成する。
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