Development of durable green colorants based on chemical-free composites with abundant chlorophyll and natural minerals

开发基于含有丰富叶绿素和天然矿物质的无化学复合材料的耐用绿色着色剂

基本信息

批准号：
22H00947
负责人：
河野芳海
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は，天然色素として豊富に存在する葉緑素を安全な色材として利用するため，これを適切な無機層状空間に配置し，その安定性の飛躍的な向上を目指すものである。当該年度の研究実施計画に従い，葉緑素の発色部位である色素クロロフィリンを，アニオン交換性粘土の性質を有する層状鉱物ハイドロタルサイトの層間に取り込む技術を確立した。色素の複合化そのものは単純なアニオン交換で可能であるが，層間での色素分子の凝集が避けられず，得られる複合体はくすんだ色合いとなる。そこで，クロロフィリン色素とともにアニオン性界面活性剤分子をハイドロタルサイト層間に共挿入することで，層間での色素分子の凝集を防止し，鮮やかな発色を見せる複合体の開発に成功した。しかし，界面活性剤分子が層間に入ることにより，本来挿入されるべきクロロフィリン色素の複合化量が低下して，得られる複合体の色合いが薄くなる問題が生じた。このため，共挿入する界面活性剤の比率をさまざまに調整した複合体を試作し，色素の複合化量の低減を抑えつつ，最適な色素分散性が得られる導入量を確定した。用いる界面活性剤のアルキル鎖の長さが，クロロフィリン色素分子の分散性に及ぼす影響を調査した。短鎖のアルキル基は色素分子の分散性向上に全く効果を示さず，層間への界面活性剤の導入そのものも困難であった。そこでアルキル鎖長を順に長くしてゆくことで，最低限必要なアルキル鎖の長さの目安を得られた。

本研究旨在将叶绿素作为一种丰富的天然色素，通过将其排列在适当的无机层状空间中并显着提高其稳定性，将其用作安全的着色材料。根据今年的研究实施计划，我们建立了一种将叶绿素产生颜色的色素叶绿素掺入水滑石层之间的技术，水滑石是一种具有阴离子交换粘土特性的层状矿物。尽管染料络合本身可以通过简单的阴离子交换来实现，但层间染料分子的聚集是不可避免的，导致所得络合物的颜色暗淡。因此，通过将阴离子表面活性剂分子与叶绿素染料共同插入水滑石层之间，我们成功开发了一种复合材料，可防止染料分子在层间聚集并表现出鲜艳的显色效果。然而，当表面活性剂分子进入层间时，应插入复合材料中的叶绿素染料的量减少，导致所得复合材料的颜色变浅的问题。为此，我们制作了具有不同比例的共插表面活性剂的复合材料原型，并确定了引入的量，以提供最佳的染料分散性，同时抑制染料络合量的减少。研究了所用表面活性剂的烷基链长度对叶绿素染料分子分散性的影响。短链烷基对提高染料分子的分散性没有作用，层间难以引入表面活性剂。通过逐渐增加烷基链长度，我们能够获得所需的最小烷基链长度的指导方针。