低炭素社会を目指した再生セルロースの開発―置換度や後処理加工による親水性の制御―

面向低碳社会的再生纤维素的开发 - 通过取代度和后处理控制亲水性 -

基本信息

批准号：
22KJ3044
负责人：
奥川あかり
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Osaka Electro-Communication University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、脱炭素社会の構築に向けて、生分解性のエコマテリアルである再生セルロースがプラスチックの代替えを果たすために、再生セルロースの高すぎる親水性を制御することによって、水による影響を受けすぎない新たな再生セルロースを開発することである。これまでに乾燥状態では高温にあった再生セルロースのガラス転移点が、水によって室温にまで低下することを見出した。これは、水によって膨潤することで十分な間隔ができると、セルロース分子の主鎖全体が分子運動してガラス状態からゴム状態に変化するためである。一方、セルロースは両親媒性ポリマーであるため水だけでなく有機溶媒でも同様の現象が観察され、溶媒の分子サイズが関係していることも明らかになった。そこで本研究では、再生セルロース分子の3つの水酸基の置換度と分子鎖間の架橋及び、表面への吸着による分子運動状態と膨潤挙動及び、吸着挙動を明らかにし、分子レベルでの親水性制御の可能性を検討中である。本年度においては、再生セルロースの水酸基を架橋し、非晶領域の充填による疎水性への影響を検討した。これは固体構造が異なるセルロース繊維を用いて、濃度を変えて樹脂架橋した試料の水分率を変化させて、室温での動的粘弾性や小角・広角Ｘ線散乱を測定することによって親水性制御の可能性を検討した。この成果は現在家政学会誌に投稿中である。また、再生セルロースのガスバリア性は水によって著しく低下することから酸素透過性への水による影響も検討した。この成果はCarbohydrate polymers誌にて受理された。その他セルロース食品の応用に関する論文もCarbohydrate polymers誌にて受理された。また研究発表は、家政学会やセルロース学会、高分子学会など国内学会のみで実施し、国際学会は社会情勢により断念した。

本研究的目的是控制再生纤维素过高的亲水性，使再生纤维素这种可生物降解的生态材料能够作为塑料的替代品，以构建脱碳社会，从而开发出一种新型的再生材料。不太容易受到损坏的纤维素。人们发现，以前在干燥状态下处于高温的再生纤维素的玻璃化转变点可以通过水降低到室温。这是因为，当通过水溶胀产生足够的间距时，纤维素分子的整个主链经历分子运动并从玻璃态转变为橡胶态。另一方面，由于纤维素是两亲性聚合物，因此不仅在水中而且在有机溶剂中也观察到类似的现象，并且清楚了溶剂的分子尺寸也受到影响。因此，在本研究中，我们阐明了再生纤维素分子中三个羟基的取代度、分子链之间的交联以及由于吸附到表面而产生的分子运动状态、溶胀行为和吸附行为，以及我们目前正在考虑这种可能性。今年，我们对再生纤维素的羟基进行交联，并研究了填充非晶区对疏水性的影响。通过使用不同固体结构的纤维素纤维，改变不同浓度的树脂交联样品的含水量，并在室温下测量动态粘弹性和小角度和广角X射线散射，可以控制亲水性。的研究结果目前正在提交给日本家政学会杂志。此外，由于再生纤维素的阻气性会因水而显着降低，因此我们还研究了水对氧渗透性的影响。该结果被《碳水化合物聚合物》杂志接受。其他与纤维素食品应用相关的论文也被《碳水化合物聚合物》杂志接收。此外，研究报告仅在日本家政学会、纤维素学会、高分子学会等国内学术会议上进行，国际会议上因社会状况而被放弃。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Dynamic viscoelastic behavior of natural cellulose fibers caused by water and the related swelling phenomenon

水引起的天然纤维素纤维的动态粘弹性行为及相关溶胀现象

DOI：
10.1007/s10570-023-05173-0
发表时间：
2023
期刊：
Cellulose
影响因子：
5.7
作者：
Okugawa Akari;Yuguchi Yoshiaki;Yamane Chihiro
通讯作者：
Yamane Chihiro

分子間架橋によって推定される再生セルロースの基本構造

通过分子间交联估计再生纤维素的基本结构

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
奥川あかり;湯口宜明;山根千弘
通讯作者：
山根千弘

Oxygen permeability of regenerated cellulose films with different water regains

不同回潮率再生纤维素膜的透氧率

DOI：
10.1016/j.carbpol.2023.120849
发表时间：
2023
期刊：
Carbohydrate Polymers
影响因子：
11.2
作者：
Okugawa Akari;Yuguchi Yoshiaki;Hayakawa Daichi;Ueno Fumiya;Hatai Koji;Yamane Chihiro
通讯作者：
Yamane Chihiro

再生セルロースの内部膨潤と異方的な結晶崩壊から推測される微子構造

从再生纤维素的内部膨胀和各向异性晶体塌陷推断的微观结构

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
奥川あかり;湯口宜明;山根千弘
通讯作者：
山根千弘

Cellulose/glucomannan blends prepared from aqueous sodium hydroxide solution and their practical use as food materials

由氢氧化钠水溶液制备的纤维素/葡甘聚糖混合物及其作为食品材料的实际用途

DOI：
10.1016/j.carbpol.2022.120110
发表时间：
2022
期刊：
Carbohydrate Polymers
影响因子：
11.2
作者：
Kakutani Haruka;Okugawa Akari;Miyamoto Hitomi;Kono Hiroyuki;Asami Takashi;Yamane Chihiro
通讯作者：
Yamane Chihiro