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2022 年度 実施状況報告書

電気泳動堆積現象を用いた省エネルギーかつ高速なバイオナノファイバー濃縮技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K20592
研究機関大阪大学

研究代表者

春日 貴章  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (40915584)

研究期間 (年度) 2022-08-31 – 2024-03-31
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
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。

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。

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。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] One-Pot Hierarchical Structuring of Nanocellulose by Electrophoretic Deposition2022

    • 著者名/発表者名
      Kasuga Takaaki、Saito Tsuguyuki、Koga Hirotaka、Nogi Masaya
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 16 ページ: 18390~18397

    • DOI

      10.1021/acsnano.2c06392

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Horizontal, random, and vertical orientation control of nanocellulose by electrophoretic deposition2023

    • 著者名/発表者名
      Takaaki KASUGA, Tsuguyuki SAITO, Hirotaka KOGA, Masaya NOGI
    • 学会等名
      The 26th SANKEN International Symposium, The 21th SANKEN Nanotechnology International Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] 簡便且つスケーラブルなセルロースナノファイバーの電気的配向・高次構造制御技術2022

    • 著者名/発表者名
      春日貴章
    • 学会等名
      ふじのくにCNF総合展示会 2022
    • 招待講演
  • [学会発表] 木材由来ナノ繊維の自在な配向制御やパターニングを可能とする電気泳動的構造制御技術2022

    • 著者名/発表者名
      春日貴章
    • 学会等名
      新技術説明会

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公開日: 2023-12-25  

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