バイオマス系完全分散ナノフィブリルの創製と環境対応型材料への変換

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21228007
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 環境農学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 磯貝 明 東京大学, 農学生命科学研究科, 教授 (40191879)
• 研究分担者: 木村 聡 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教 (00420224) ; 岩田 忠久 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (30281661) ; 和田 昌久 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (40270897) ; 五十嵐 圭日子 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (80345181) ; 齋藤 継之 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 准教授 (90533993)
• 研究期間 (年度): 2009-05-11 – 2014-03-31
• キーワード: セルロース / ナノフィブリル / TEMPO / 触媒酸化 / バイオマス / キチン / ナノ材料 / ミクロフィブリル

研究概要

結晶性ミクロフィブリルを有する構造多糖のセルロースおよびキチン、貯蔵多糖のカードランについて従来型および新規TEMPO触媒酸化を適用し、反応条件と酸化多糖の化学構造、ナノ構造、分子量変化を明らかにするとともに、新たな酸化機構を見出した。得られたバイオ系ナノフィブリル表面を位置選択的に高効率で改質する方法を検討し、生分解性のスイッチ機能付与、親水性から疎水性へのスイッチ機能付与方法を構築した。得られたバイオ系ナノフィブリルから各種複合材料を調製して構造および特性を検討し、軽量高強度化、ガスバリア性・選択分離性、重金属捕捉機能、透明導電性など、新規バイオ系ナノ材料として優れた特性を見出した。

研究成果

• [雑誌論文] Surface engineering of ultrafine cellulose nanofibrils towards polymer nanocomposite materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, S.; Saito, T.; Kimra, S.; Iwata, T.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: Vol.14 ページ: 1541-1546
  • DOI: 10.1021/bm400178m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transparent, conductive and printable composites consisting of nanocellulose and carbon nanotube (2013)
  • 著者名/発表者名: Koga, H.; Saito, T.; Kitaoka, T.; Nogi, M.; Suganuma, K.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Biomacromolecuoles 巻: Vol.14 ページ: 1160-1165
  • DOI: 10.1021/bm400075f
  • 査読あり
• [雑誌論文] An ultrastrong nanofibrillar biomaterial : Strength of single cellulose nanofibrils revealed from sonication- induced fragmentation (2013)
  • 著者名/発表者名: Saito, T.; Kuramae, R.; Wohlert, J.; Berglund, L. A.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: Vol.14 ページ: 248-253
  • DOI: 10.1021/bm301674e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrastrong and high gas-barrier nanocellulose/clay layered composites (2012)
  • 著者名/発表者名: Wu, C.-N.; Saito, T.; Fujisawa, S.; Fukuzumi, H.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: Vol.13 ページ: 1927-1932
  • DOI: 10.1021/bm300465d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-aligned integration of native cellulose nanofibrils towards producing diverse bulk materials (2011)
  • 著者名/発表者名: Saito, T.; Uematsu, T.; Kimura, S.; Enomae, T.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: Vol.7 ページ: 8804-8809
  • DOI: 10.1039/c1sm06050c
  • 査読あり
• [雑誌論文] TEMPO-oxidized cellulose nanofibers (2011)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.; Saito, T.; Fukuzumi, H.
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: Vol.3 ページ: 71-85
  • DOI: 10.1039/c0nr00583e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Glucose/glucuronic acid alternating copolysaccharide prepared from TEMPO-oxidized native celluloses by surface-peeling (2010)
  • 著者名/発表者名: Hirota, M.; Furihata, K.; Saito, T.; Kawada, T.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: Vol.49 ページ: 7670-7672
  • DOI: 10.1002/anie.201003848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entire surface oxidation of various cellulose microfibrils by TEMPO-mediated oxidation (2010)
  • 著者名/発表者名: Okita, Y.; Saito, T.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: Vol.11 ページ: 1696-1700
  • DOI: 10.1021/bm100214b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elastic modulus of single cellulose microfibrils from tunicate measured by atomic force microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, S.; Kai, W.; Iwata, T.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: Vol.10 ページ: 2571-2576
  • DOI: 10.1021/bm900520n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Individualization of nano-sized plant cellulose fibrils by direct surface carboxylation using TEMPO catalyst under neutral conditions (2009)
  • 著者名/発表者名: Saito, T.; Hirota, M.; Tamura, N.; Kimura, S.; Heux, L.; Isogai, A.
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: Vol.10 ページ: 1992-1996
  • DOI: 10.1021/bm900414t
  • 査読あり
• [学会発表] Applications of TEMPOoxidized cellulose nanofibrils as gas-barrier films and bio-based composite materials (2013)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.
  • 学会等名: EPNOE 2013
  • 発表場所: Nice, France
  • 年月日: 20131021-25
• [学会発表] Characteristic properties of composite materials containing TEMPOoxidized cellulose nanofibrils (2012)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.
  • 学会等名: International Cellulose Conference 2013
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20121010-12
• [学会発表] Nanofiber films from wood celluloses : Packaging barrier opportunities (2011)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.
  • 学会等名: Tappi International Conference on Nanotechnology for Renewable Materials
  • 発表場所: Arlington, USA
  • 年月日: 20110606-08
• [学会発表] Benefits and challenges of TEMPO-oxidized cellulose nanofibers (2010)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.
  • 学会等名: Recent Advances in Fibrillar nanocellulose research
  • 発表場所: Trondheim, Norway
  • 年月日: 20101116-17
• [学会発表] Chemistry-assisted individualization of wood cellulose microfibrils (2009)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.
  • 学会等名: Nanomaterial Workshop
  • 発表場所: Stockholm, Sweden
  • 年月日: 20091202-03
• [図書] World Scientific, Pretreatment of cellulose for further processing, in "Handbook of Green Materials; Processing Technologies, Properties and Applications" (2013)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.
  • 総ページ数: 1-20
  • 出版者: World Scientific
• [図書] Microfibrillar and nanofibrillar cellulose in "Advances in Pulp and Paper Research Cambridge 2013, Vol. 2" (2013)
  • 著者名/発表者名: Isogai, A.
  • 総ページ数: 737-763
  • 出版者: Berglund, L. A. FRS
• [備考]
  • URL: http://psl.fp.a.u-tokyo.ac.jp/
• [産業財産権] 未公開 (2011)
  • 発明者名: 磯貝 明, 齋藤継之, ウ・シュンナン
  • 権利者名: 国立大学法人東京大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2011-145419
  • 出願年月日: 2011-06-30