X線回折法によるセルロースI_α→I_β転移過程のin situ観察とその機構解明

X射线衍射原位观察纤维素I_α→I_β转变过程并阐明其机理

基本信息

批准号：
10760105
负责人：
和田昌久
金额：
$ 1.28万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
1998
资助国家：
日本
起止时间：
1998 至 1999
项目状态：
已结题

项目摘要

セルロースI_αは、セルロースIII_Iを経てI_βに転移することが知られている。本研究では、不活性ガス中での熱処理によりセルロースIII_IがI_βへ転移することを明らかにしたので、さらにその転移の過程をDSCとX線回折によって直接観察することとした。まず、I_α成分を多く含む高結晶性のシオグサセルロースを超臨界アンモニア流体にて処理し、高結晶性のセルロースIII_I試料を作製した。そして、高結晶性セルロースIII_Iを220℃で熱処理したところ、セルロースI_βに転移することがFT-IRとX線回折によって明らかになった。通常、高温水蒸気中でセルロースIII_Iを処理するとセルロースI_βへ転移するといわれていたが、本研究では、単純な加熱によってIII_IがI_βへ転移することを明らかにした。ただ熱のみによってセルロースIII_IがI_βへ転移するということは、物理的な機器による転移のモニタリングが可能であることを示唆している。そこで、DSCとX線回折による転移過程のモニタリングを行うこととした。DSCでは、昇温過程において200℃に2次の相転移に相当する吸熱ピークが観察された。これは、セルロースIII_IからI_βへの転移にともなう水素結合の再配列によるものと思われる。次に昇温過程のX線回折を行った。その結果、200℃から217℃でセルロースIII_Iが中間構造などを経ることなく直接I_βへ転移することが明らかになった。そしてこの転移の機構として、セルロースIII_Iがシート構造を保持したままI_βへ転移するというモデルを提案した。

已知纤维素I_α通过纤维素III_I转移到I_β。在本研究中，我们阐明了纤维素 III_I 通过在惰性气体中热处理而转变为 I_β，并决定使用 DSC 和 X 射线衍射直接观察转变过程。首先，将含有大量I_α成分的高结晶纤维素用超临界氨液处理，制备高结晶纤维素III_I样品。当高度结晶的纤维素III_I在220℃下热处理时，FT-IR和X射线衍射表明它转变为纤维素I_β。通常认为，当纤维素III_I在高温蒸汽中处理时，它会转化为纤维素I_β，但在这项研究中，发现简单的加热就可以将III_I转化为I_β。纤维素 III_I 仅通过加热即可转化为 I_β，这一事实表明可以使用物理仪器监测这一转变。因此，我们决定使用 DSC 和 X 射线衍射来监测转变过程。在DSC中，在加热过程中在200℃观察到对应于二级相变的吸热峰。这似乎是由于伴随从纤维素III_I到I_β的转变的氢键的重排。接下来，我们在加热过程中进行了X射线衍射。结果表明，从200℃到217℃，纤维素III_I直接转变为I_β，而不经过任何中间结构。作为这种转变的机制，我们提出了一种模型，其中纤维素 III_I 转移到 I_β，同时保留其片状结构。