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2019 年度 実績報告書

水溶性化学修飾セルロースの溶存形態とゲル化機構の研究

研究課題

研究課題/領域番号 18K19107
研究機関東京農工大学

研究代表者

四方 俊幸  東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (10178858)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワード化学修飾セルロース / 小角中性子散乱 / 回転拡散定数 / 並進拡散定数 / 棒状高分子
研究実績の概要

セルロースの高度に発達した分子内及び分子間水素結合を、化学修飾で阻害する技術が確立している。特に、水に溶けるように水酸基がメチル化或いはヒドロキシプロピル化されたメチルセルロース(MC)やヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等は、既に大量生産され、色々な実用品に用いられてきた実績があり、今後も水溶性天然高分子素材としての利用が期待される。
MCやHPMC等のセルロースエーテル(CE)類は、冷水中で高い水溶性を示しその水溶液は粘弾性を呈するが、40℃程度の温度域で脱水和を起こして白濁し、修飾度合いによってはゲル化する。応用面でCE類のさらなる利用を促進するには、水への溶解性と溶存形態の温度依存性を理解することやゲル化機構を明らかにすることが欠かせないが、水溶液内でのCE類の溶存形態と分子運動とゲル化機構についての解明は未だに成されていない。過去の研究結果に基づく幾つかの定説が解明を妨げてきたのである。あるCE試料の水溶液中での極限粘度[η]の分子量Mw依存性が、 Mwの約0.8乗であると30年近く前に報告されて以来、冪数が1よりも小さい事実から、CE類分子は水中で屈曲性高分子として振る舞うと長い間信じられてきたのである。
しかし、希薄水溶液の粘弾性挙動を詳細に調べると、CE試料の中には棒状高分子として振る舞うことが見出され、小角X線散乱実験や本研究で遂行された中性子散乱実験でも棒状形態を支持する確定的な結果が得られた。つまり、信じられてきた溶存形態の定説は誤りで、棒状の形態を保った溶存形態をもつことを証明したのである。従って、本研究の第一の目的である「CE類の水溶液中での溶存形態について真の理解を得る」ことが完全に達成された。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Cellulose Nanocrystals as a Model Substance for Rigid Rod Particle Suspension Rheology2020

    • 著者名/発表者名
      Hasegawa Hikaru、Horikawa Yoshiki、Shikata Toshiyuki
    • 雑誌名

      Macromolecules

      巻: 53 ページ: 2677~2685

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b02641

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Reconsideration of the conformation of methyl cellulose and hydroxypropyl methyl cellulose ethers in aqueous solution2020

    • 著者名/発表者名
      Kengo Arai, Yoshiki Horikawa, Toshiyuki Shikata, Hiroki Iwase
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 10 ページ: 19059~19066

    • DOI

      10.1039/d0ra03437a

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular motions, structure and hydration behaviour of glucose oligomers in aqueous solution2019

    • 著者名/発表者名
      Arai Kengo、Shikata Toshiyuki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 21 ページ: 25379~25388

    • DOI

      10.1039/c9cp05214c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anti-parallel dimer and tetramer formation of cyclic and open structure tertiary amides, N-methyl-2-pyrrolidone and N,N-dimethylacetamide, in solution of a non-polar solvent, benzene2019

    • 著者名/発表者名
      Tagawa Ayana、Shikata Toshiyuki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 21 ページ: 22081~22091

    • DOI

      10.1039/c9cp02500f

    • 査読あり
  • [学会発表] Structure of Chemically Modified Cellulose Ethers in Aqueous Solution2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Shikata, Kengo Arai, and Hiroki Iwase
    • 学会等名
      Okinawa Colloids 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 化学修飾セルロースの水溶液中での構造2019

    • 著者名/発表者名
      四方俊幸,新井健悟
    • 学会等名
      第67回レオロジー討論会
  • [学会発表] セルロースナノ結晶の水系懸濁液の粘弾性挙動2019

    • 著者名/発表者名
      四方俊幸,長谷川ひかる
    • 学会等名
      セルロース学会第26回年次大会
  • [学会発表] セルロースナノ結晶水系懸濁液のレオロジー2019

    • 著者名/発表者名
      四方俊幸,長谷川ひかる
    • 学会等名
      第42回バイオレオロジー学会年会
  • [学会発表] セルロースナノクリスタル懸濁液の粘弾性挙動2019

    • 著者名/発表者名
      四方俊幸,新井健悟,長谷川ひかる
    • 学会等名
      第68回高分子年会

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公開日: 2021-01-27  

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