一次元膨潤・収縮材料の開発

一维膨胀/收缩材料的开发

基本信息

批准号：
20H02797
负责人：
宇山浩
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

バクテリアセルロース（BC）ゲルは面方向においては均一なナノサイズのネットワーク構造を有するが、厚み方向にはミクロンサイズの層状構造をもつという異方性を有する。本研究はBCの特異な構造・性質を元に、BCの層間に刺激応答分子を挿入・固定化することにより、外部刺激に応答して一次元的に膨潤・収縮する材料を開発する。今年度はBCのセルロースナノファイバー（CNF）表面を導電性高分子で被覆することで、高含水率かつ高導電性、さらには異方導電性を示すハイドロゲルを開発した。BCを塩化アクリロイルと反応させることでアクリロイル基導入BC (AcBC) ゲルを得た。次にAcBCゲルを4-スチレンスルホン酸ナトリウム水溶液に浸漬し、ラジカル重合することでBCゲルのCNF表面にポリ(4-スチレンスルホン酸ナトリウム) (PSS) をグラフト化した (BC-g-PSS)。続いて、BC-g-PSSゲルを3,4-エチレンジオキシチオフェン (EDOT) の水-DMF分散液に浸漬し、酸化重合することで目的の導電性ハイドロゲル (BC-g-PSS/PEDOT) を得た。導電性ハイドロゲルBC-g-PSS/PEDOTの内部構造をSEMで観察した。CNFの直径の増加が認められ、CNF表面がPEDOT/PSS層によって被覆されていることが示唆された。四端子法による導電率測定から、最大で0.3 S/cmの高い導電率を示す一方で、含水率も93%以上保持していることがわかった。CNFをPSSで化学修飾せずにPEDOT/PSSをBCゲル内で合成したところ (BC-PEDOT/PSS)、含水率は保持したが、導電率は大幅に低下した。

细菌纤维素（BC）凝胶具有各向异性，在平面方向上具有均匀的纳米级网络结构，但在厚度方向上具有微米级的层状结构。在这项研究中，基于BC的独特结构和性质，我们将通过在BC层之间插入和固定刺激响应分子来开发一种能够响应外部刺激而一维膨胀和收缩的材料。今年，通过在BC的纤维素纳米纤维（CNF）表面涂覆导电聚合物，我们开发了一种水凝胶，该水凝胶表现出高含水量、高导电性，甚至各向异性导电性。 BC与丙烯酰氯反应得到引入丙烯酰基的BC(AcBC)凝胶。接下来，将AcBC凝胶浸入4-苯乙烯磺酸钠水溶液中，进行自由基聚合，将聚(4-苯乙烯磺酸钠)(PSS)接枝到BC凝胶(BC-g-PSS)的CNF表面上。。接下来，将BC-g-PSS凝胶浸入3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的水-DMF分散体中并氧化聚合以形成所需的导电水凝胶(BC-g-PSS/PEDOT)。使用SEM观察导电水凝胶BC-g-PSS/PEDOT的内部结构。观察到 CNF 直径的增加，表明 CNF 表面被 PEDOT/PSS 层覆盖。使用四探针法的电导率测量表明，该材料表现出高达 0.3 S/cm 的高电导率，同时保持超过 93% 的含水量。当在BC凝胶中合成PEDOT/PSS而不用PSS对CNF进行化学修饰时（BC-PEDOT/PSS），水含量保持不变，但电导率显着降低。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Thermoresponsive hydrogels reinforced with supramolecular cellulose filler

超分子纤维素填料增强的热响应水凝胶

DOI：
10.1246/cl.210658
发表时间：
2022
期刊：
Chem. Lett.
影响因子：
0
作者：
Akihide Sugawara;Taka-Aki Asoh*;Yoshinori Takashima;Akira Harada;Hiroshi Uyama*
通讯作者：
Hiroshi Uyama*

バイオプラスチック導入における高分子科学からの課題

聚合物科学在引入生物塑料方面面临的挑战

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
松枝真依;渡辺　壱;William Robberson;大谷　肇;寺前紀夫;宇山　浩
通讯作者：
宇山　浩

Stimuli-responsive composite hydrogels with three-dimensional stability prepared using oxidized cellulose nanofibers and chitosan

DOI：
10.1016/j.carbpol.2021.118907
发表时间：
2022-02-15
期刊：
CARBOHYDRATE POLYMERS
影响因子：
11.2
作者：
Pedige, Madhurangika Panchabashini Horathal;Asoh, Taka-Aki;Uyama, Hiroshi
通讯作者：
Uyama, Hiroshi

Hierarchical silica monolith prepared using cellulose monolith as template

DOI：
10.1016/j.polymdegradstab.2020.109164
发表时间：
2020-07-01
期刊：
POLYMER DEGRADATION AND STABILITY
影响因子：
5.9
作者：
Lyu, Yanting;Asoh, Taka-Aki;Uyama, Hiroshi
通讯作者：
Uyama, Hiroshi

Integrating polyacrylonitrile (PAN) nanoparticles with porous bacterial cellulose hydrogel to produce activated carbon electrodes for electric double-layer capacitors

DOI：
10.1016/j.micromeso.2021.111209
发表时间：
2021-06
期刊：
Microporous and Mesoporous Materials
影响因子：
5.2
作者：
Kenta Chashiro;S. Iwasaki;Takahiro Hasegawa;J. Maruyama;Shohei Maruyama;Ananya Pal;Mahasweta Nandi;H. Uyama
通讯作者：
Kenta Chashiro;S. Iwasaki;Takahiro Hasegawa;J. Maruyama;Shohei Maruyama;Ananya Pal;Mahasweta Nandi;H. Uyama