セルロース・ナノファイバー固体表面反応による新規交互共重合セルロース誘導体の調製

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 23580233
• 研究機関: 京都府立大学
• 研究代表者: 川田 俊成 京都府立大学, 生命環境科学研究科(系), 教授 (40214655)
• キーワード: 交互共重合セルロース / セルロース誘導体 / セルロース・ナノファイバー / 固体表面反応

研究概要

本研究は、セルロース・ナノファイバーの表面一層に対する反応を行うことにより、その表面一層を剥離して２種類の異なった置換様式を有するグルコース残基が交互に配列する新規セルロース誘導体を調製することを目的として実施している。平成２５年度までに以下の結果を得た。即ち、表面TEMPO酸化後に古典的エステル化を施したセルロース・ナノファイバーについて、表面１分子の剥離（アルカリ処理）を試み、新規交互共重合セルロース誘導体の生成を否定しないセロビオース誘導体（セロビオースの２個のグルコース残基のうち１個がグルクロン酸メチルエステル誘導体残基になった化合物）を単離するとともに、セルロース・ナノファイバーの元の断面積の推定を行った。しかし、実験結果の再現性が乏しかった。２５年度は、特にこの点（再現性を一定程度まで向上させる）について重点的に研究を実施した。その結果、ホヤからセルロース・ナノファイバーを調整する方法が適切でないことが理由であると考えられた。原子間力顕微鏡などで観察した結果と他のデータを総合的に解析し、現在の方法で調整しているセルロース・ナノファイバーの表面は「毛羽立つ」っており、なめらかな単分子層とは言えないことが判明した。このことにより、誘導化反応はセルロース・ナノファーバー表面１分子層だけで進行するのではなく、「毛羽立つ」っている部分では全方位的な反応が進行する。その結果、目的とする新規交互共重合セルロース誘導体に加えて、非選択的なセルロース誘導体が副生すること、また、「毛羽立ち」の頻度によってその量が大きく変化すると結論付けた。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

平成25年度までに予定していた、新規交互共重合セルロース誘導体の生成について、一定の確認はできたものの、再現性が悪く、目的化合物の定量的・定性的な議論をするには極めて不十分と判断した。再現性が悪い理由として、調製したセルロース・ナノファイバーの表面が「毛羽立つ」っており、表面１分子層での均一な反応となっていないことが推察された。そこで、セルロース・ナノファーバーの調整方法について、全ての工程を詳細に検討し始めた。特に問題であると考えられ「解繊」工程について、物理的方法、化学的方法、およびこれらの併用方法について、種々試行を重ねた。しかし、いまだに満足できる解繊方法を見出すに至っていない。

今後の研究の推進方策

解繊方法としてこれまでに試行した諸法（薬液処理、様々なオーダー・様々な器具による物理的粉砕）について、再度検討を加える。即ち、薬液処理法については薬液濃度・温度・処理時間について網羅的に調査する。また、物理的粉砕法については、様々な器具の使用順序や粉砕時間について可能性のある組み合わせを試行する。また、薬液処理と物理的粉砕の組み合わせについても、有為な組み合わせを試行する。さらに、木材・非木材のパルプ化法に学び、新規法についても検討を行う。

次年度の研究費の使用計画

最適実験条件が確立できなかったため、少量スケールでの条件検討を繰り返したため、予定支出額を下回った。
消耗品（試薬類、ガラス器具類）とデータ整理のために使用させていただく。