2015 Fiscal Year Annual Research Report
セルロース系多糖の分子アセンブリー制御と精密複合化による高機能異方性材料の創製
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26252025
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西尾 嘉之 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (00156043)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 恒久 京都大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (40264593)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | セルロース / 多糖類 / アセンブリー / 異方性 / 複合材料 / キラル液晶 / 配向 / 磁性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
セルロース系多糖をコア成分とした高機能異方性材料の創製に向けて、各種複合系に応じた分子アセンブリー制御を行い、以下の成果を得た。
１．外力印加型分子アセンブリー制御
(1)シアノエチルセルロースの残存水酸基に長鎖脂肪酸(炭素数m)をエステル導入した誘導体を合成し、特にm=18試料のフィルムが延伸により高誘電率を示すことを見出した。 (2)セルロースナノクリスタル(CNC)/水懸濁液から円筒回転式のせん断印加によって配向主軸の異なる2種のCNCフィルムを作製した。懸濁液のpH・イオン強度に応じてCNCの液晶形成性が異なり、CNCのせん断配向様式を制御できることが判った。 (3)磁性酸化鉄を化学充填したカラギーナン/CNCのゲルからフィルムを作製後、ウェット工程で延伸処理し異方性磁場応答材料を創製した。酸化鉄ナノ粒子のミクロ凝集配列に基づく形状磁気異方性の効果によってその挙動を説明した。
２．自発配向型分子アセンブリー制御
(1)エチルセルロース/ポリアクリル酸(PAA)およびヒドロキシプロピルセルロース/PAAの液晶固定化フィルムの内部コレステリック層間にリン酸カルシウムを沈着成長させる実験条件（擬似Donnan効果）を確立すると共に、得られたハイブリッドフィルムの内部微細構造と光学・熱特性の相関を究明した。 (2)液晶性多糖誘導体の光波・物質分離機能に関連して、側鎖置換基がエーテル・エステル混在型の各種セルロース誘導体の合成に着手し、形成するコレステリック液晶の掌性（ラセンセンス）に及ぼす相対置換度の効果を予備調査した。
３．項目1に関連する新規セルロース誘導体ならびに他ポリマーの合成とキャラクタリゼーション、および次年度に向けたブレンド相溶性の予備検討を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
セルロース系多糖をコア成分とした高機能異方性材料の創製に向けて、大別して2つのアプローチで配向複合化を遂行している。1つは「外力印加型分子アセンブリー制御」であり、他方は「自発配向型分子アセンブリー制御」である。
前者については、(1)セルロースナノクリスタル(CNC)を含む系を対象に、磁場印加とせん断印加の両手法において新規配向材料の創出例を提示しえたこと、(2)セルロース誘導体の分子修飾と延伸によって誘電特性に優れる配向フィルムを獲得できたこと、(3)CNC/藻類多糖のゲル延伸フィルムについて異方性の磁場応答挙動を例証しえたこと、(4)予備検討段階ではあるが、セルロースエステル/合成ポリマーブレンド系について、従来にない成分組合せ範疇において相溶性発現を認め機能性配向フィルムへの発展の可能性が見えてきたことなどから、きわめて順調である。
後者についても、(1)代表的なセルロース誘導体2種について、それらの液晶固定化フィルムからリン酸カルシウムのミネラリゼーションによるメゾラミネート複合体の創製に成功したこと、(2)その作製方法（条件設定法）は他のバイオミネラルとの複合化にも拡張利用できる汎用性をもつこと、(3)予備実験段階であるが、新規の液晶性多糖誘導体の系統立てた合成も軌道に乗りつつあることなどから、うまく進展している。ただし、光波・物質分離機能の評価において、定量議論しうるに足るデータの蓄積量が未だ多くない。
よって、本研究は全体としては、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
「外力印加型分子アセンブリー制御」による高機能異方性材料の創製においては、前年度までの残データの整理を行いつつ、(1)セルロースエステルを一成分としたポリマーブレンド系の相溶マップ作成と相溶ブレンドフィルムの延伸に伴う力学・光学的異方性の評価、および(2)磁性ナノ粒子を化学充填した多糖/合成ポリマーIPN（相互侵入網目）型複合体の作製と特性解析に力点を移す。
「自発配向型分子アセンブリー制御」による高機能異方性材料の創製については、(1)無機成分としてリン酸カルシウム以外のバイオミネラル、および液晶コア成分としてセルロース誘導体に加えてセルロースナノクリスタルも用い、ミネラリゼーション・ハイブリッド化の実施例拡張を図る。また、(2)コレステリック液晶性セルロース誘導体の新規サンプルを各種揃え、光波分離機能と掌性のキラル反転挙動に関する有用データの集積に努める。
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