Investigation of the formation mechanism and emergent functions of stretchable cellulose elastomer films to visualize strain

研究可拉伸纤维素弹性体薄膜的形成机制和新兴功能以可视化应变

• 批准号: 21H02261
• 负责人: 古海 誓一
• 金额: $ 8.15万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02261/
• 关键词: セルロース; バイオマスリファイナリー; コレステリック液晶; エラストマー; ひずみ; ゴム弾性; 粘弾性; 反射色

コレステリック液晶（CLC）は分子らせん構造を自発的に形成し、その分子らせん周期長に応じた波長の光を反射する。白色光を法線方向から入射すると、反射光は分子らせんの掌性と同じ向きの円偏光となる。円偏光には左円偏光（L-CPL）と右円偏光（R-CPL）の2種類があり、これらは肉眼で判別できない。たとえば、ヒドロキシプロピルセルロース（HPC）は、側鎖にアシル基を導入して適切な溶媒に溶解するとリオトロピックCLCになり、通常R-CPLによる反射色を示す。また、架橋性HPC誘導体をアクリレート溶媒に溶解して光硬化することで、R-CPLによる反射色を示すCLC固定化膜を得ることができる。今年度は、左右両円偏光を反射するHPC誘導体のCLC固定化膜の創製を目指した。まず、数多くの架橋性HPC誘導体を合成し、アクリレート溶媒に溶解したリオトロピックCLCを調製した。その後、せん断配向処理後に光硬化して作製したCLC固定化膜の左右円偏光透過スペクトルを測定した。前年度に、側鎖にアシル基のみを導入したHPC誘導体が形成するCLCの粘弾性挙動を調査していたところ、HPC誘導体にせん断ひずみを印加すると、通常のR-CPLだけでなく、L-CPLの反射色も発現した。この現象を応用し、架橋性HPC誘導体のリオトロピックCLCについてせん断配向処理後に光硬化すると、左右両円偏光を反射する特異なCLC固定化膜を得ることができたのである。このような原因を①HPC誘導体の化学構造、②アクリレート溶媒の種類、③膜厚、④せん断配向処理の条件、⑤光硬化の手法というポイントで調査したところ、せん断配向処理によるCLCの分子らせん構造の傾斜と複屈折の増加が影響していると推察した。今後、円偏光反射特性を自在に制御できれば、肉眼で判別不可能な文字やパターンをCLC固定化膜に記録でき、偽造防止技術への応用ができる。

胆甾型液晶 (CLC) 自发形成分子螺旋结构，并反射与分子螺旋周期长度相对应的波长的光。当白光从法线方向入射时，反射光变成与分子螺旋旋向相同方向的圆偏振光。圆偏振光有两种：左旋圆偏振光（L-CPL）和右旋圆偏振光（R-CPL），肉眼无法区分。例如，当羟丙基纤维素 (HPC) 的侧链引入酰基并溶解在合适的溶剂中时，它会变成溶致 CLC，并且通常会因 R-CPL 而呈现反射颜色。此外，通过将交联性HPC衍生物溶解在丙烯酸酯溶剂中并使其光固化，可以获得由于R-CPL而呈现反射颜色的CLC固定膜。今年，我们的目标是创建一种可反射左右圆偏振光的 CLC 固定 HPC 衍生薄膜。首先，我们合成了多种可交联的HPC衍生物，并制备了溶解在丙烯酸酯溶剂中的溶致CLC。此后，测量剪切取向处理后通过光固化制备的CLC固定膜的左右圆偏振光透射光谱。前一年，我们在研究仅在侧链引入酰基的HPC衍生物形成的CLC的粘弹性行为，发现当对HPC衍生物施加剪切应变时，不仅正常的R-CPL，而且L- CPL的反射色也被开发出来。通过应用这种现象和光固化溶致CLC（一种可交联的HPC衍生物），经过剪切取向处理后，他们能够获得一种独特的CLC固定薄膜，该薄膜可以反射左右圆偏振光。我们从（1）HPC衍生物的化学结构、（2）丙烯酸酯溶剂的类型、（3）膜厚、（4）剪切取向处理的条件、（5）方面调查了其原因。 ）我们推断倾斜和双折射的增加是造成这种情况的原因。未来，如果能够自由控制圆偏振光的反射特性，就可以在CLC固定膜上记录肉眼无法辨别的文字和图案，并可应用于防伪技术。

项目成果

カーボンニュートラルを志向したセルロース液晶ゴムの開発

以碳中和为目标的纤维素液晶橡胶的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: 遠藤英明，呉海云（分担執筆）;古海 誓一
• 通讯作者: 古海 誓一

単分散マグネタイト微粒子の合成と磁場応答性コロイド結晶への応用

单分散磁铁矿颗粒的合成及其在磁响应胶体晶体中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 關 透弥・岩田 直人・古海 誓一

長鎖長な架橋基を導入したセルロース誘導体のコロイド結晶ゲル膜の作製

引入长链交联基团的纤维素衍生物胶体晶凝胶膜的制备

• 发表时间: 2021
• 作者: 川 達也・関 雄太郎・岩田 直人・古海 誓一

高分子鎖で表面修飾したコロイド微粒子のせん断配向挙動

聚合物链表面改性胶体颗粒的剪切取向行为

• 发表时间: 2021
• 作者: Patthasarun Pruksarojanakul;Ryo Matsuda;津田有梨花・中塚雅也・木原奈穂子;粉川美踏;藤澤和謙，笹川秀徒 ，村上 章;小原 舞美・関 雄太郎・岩田 直人・古海 誓一
• 通讯作者: 小原 舞美・関 雄太郎・岩田 直人・古海 誓一

水性組成物

水性组合物

• 发表时间: 2023