Resin reinforcement ability of surface modified cellulose nanofiber with polydopamine

聚多巴胺表面改性纤维素纳米纤维的树脂增强能力

基本信息

批准号：
21H01705
负责人：
長嶺信輔
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

セルロースナノファイバー(CNF)の樹脂補強フィラーとしての性能，汎用性を高めるための表面修飾法の開発を行っている。具体的には，様々な固体に接着性を示すポリドーパミン(PDA)によりCNF表面をコーティングし，さらにPDA層に種々の官能基を導入する。今年度はオクタデシルアミン(ODA)を用いた官能基導入による表面修飾を対象とし，官能基導入速度の温度依存性の検討，および反応機構を記述するモデルの構築を試みた。PDA修飾CNFの分散液にODAを添加し，所定の温度(30~60℃)で反応を進行させ，ODA濃度の経時変化を追跡した。ODA濃度は実験初期の10時間程度で迅速に減少した後，数百時間にわたり緩やかに減少するという2段階の挙動を示した。この経時変化を説明するために，ODAのPDA層表面への平衡吸着および吸着したODAの付加反応から成るモデルを構築した。このモデルにより，実験で見られた2段階のODA濃度変化を良好に表現することができた。またモデルを実験結果にフィッティングし，吸着平衡定数，付加反応速度定数を評価したところ，それらの温度依存性がファントホッフの式，アレニウスの式に従うことを確認でき，モデルの妥当性が示された。また，マイクロカプセルの高強度化を目的とし，PDA修飾CNFのカプセル殻材への利用についての研究を行っている。蓄熱材料への応用を想定し，室温で固液相転移し融解潜熱の大きいヘキサデカン(HD) を芯物質として選択した。CNFの分散液中でのHDの超音波乳化によりマイクロカプセルを作製した。CNFとHDの重量比により粒径の制御が可能であることを確認した。また，PDA修飾CNFを殻剤に用いることで，ジアルデヒドによる架橋によりファイバー間空隙由来の細孔を低減し，カプセルの密閉性を向上できる可能性が示された。以上の研究結果の一部は化学工学会第88年会にて発表した。

我们正在开发一种表面改性方法，以提高纤维素纳米纤维（CNF）作为树脂增强填料的性能和多功能性。具体来说，CNF表面涂有聚多巴胺（PDA），其对各种固体具有粘合性能，并且PDA层中引入了各种官能团。今年，我们专注于通过使用十八胺（ODA）引入官能团进行表面改性，并尝试检查官能团引入速率的温度依赖性并构建模型来描述反应机理。将ODA添加到PDA修饰的CNF的分散液中，使反应在指定温度（30至60℃）下进行，并监测ODA浓度随时间的变化。 ODA浓度表现出两步行为：在实验的最初10小时内迅速下降，然后在数百小时内逐渐下降。为了解释这种随时间的变化，我们构建了一个由ODA在PDA层表面上的平衡吸附和吸附的ODA的加成反应组成的模型。该模型能够很好地表达实验中观察到的两阶段ODA浓度变化。此外，将该模型与实验结果进行拟合，并对吸附平衡常数和加成反应速率常数进行了评估，证实了它们遵循范特霍夫方程和阿伦尼乌斯方程，证明了该模型的有效性。此外，为了提高微胶囊的强度，我们正在研究使用PDA修饰的CNF作为胶囊壳材料。假设其作为储热材料应用，则选择在室温下发生固液相变并具有较大熔化潜热的十六烷（HD）作为核心材料。通过将 HD 超声乳化在 CNF 分散体中制备微胶囊。证实可以通过改变CNF和HD的重量比来控制粒径。此外，通过使用PDA改性的CNF作为壳剂，与二醛的交联减少了源自纤维间空隙的孔，这表明改善胶囊的密封性能的可能性。上述部分研究成果在第88届化学工程师学会年会上发表。