TEMPO酸化によるセルロースミクロフィブリルの構造解析

通过 TEMPO 氧化对纤维素微纤维进行结构分析

基本信息

批准号：
08J07136
负责人：
沖田祐介
金额：
$ 1.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

近年の環境意織の高まりにより、材料設計では常に環境への配慮を心がけなければならない。セルロースを基盤材料に選択することは、有力な手段の一つである。その中でもセルロースミクロフィブリルは高アスペクト比の高結晶ナノファイバーであり、ガラス繊維・アラミド繊維に匹敵する弾性率を持ち、その太さは由来により3～20nm程度と人造の物より遙かに細く、これを材料として利用する応用研究に注目が集まっている。当研究室でTEMPO触媒酸化によって天然セルロース繊維をミクロフィブリル単位で水に分散させる手法が新たに見出された。セルロースナノファイバーは上記のように、有望な材料ではあるが、従来では水中にしか分散することが不可能であったため、その利用に制限があった。セルロースナノファイバー表面に存在するカルボキシル基の対イオンを調整し、有機溶媒との親和性を改善することに成功し、セルロースナノファイバーを汎用有機溶媒中へ分散させることが可能となった。この手段を用いることで他の素材と複合化ができる。ミクロフィブリル構造解析では、酸化ミクロフィブリルの表面を選択的に剥離することが可能となった。この現象を利用することでミクロフィブリル表面のLayer-by-layer剥離手法を確立できた。この手法ではミクロフィブリルの太さを1nmごとに減少させることができ、これによって作成したサンプルを用いることでセルロース諸物性のミクロフィブリル太さ依存性を調べることができる。

由于最近的环境惯例上升，材料设计必须始终具有环境意识。选择纤维素作为基础材料是最有力的手段之一。其中，纤维素微纤维是具有高纵横比的高晶纳米纤维，具有与玻璃纤维和芳香纤维相当的弹性模量，它们的厚度约为3-20 nm，比人造的纤维较薄，并且吸引了使用此材料的应用研究。在我们的实验室中，已经发现了一种新方法通过节奏催化氧化在微纤维单位中分散天然纤维素纤维。如上所述，纤维素纳米纤维是有前途的材料，但是过去，它们的使用受到限制，因为它们只能分散在水中。成功调整了存在于纤维素纳米纤维表面的羧基的对抗，以改善与有机溶剂的亲和力，从而使纤维素纳米纤维分散在通用有机溶剂中。这种方法允许与其他材料进行复合。微纤维结构分析使选择性地剥离氧化物微纤维表面是可能的。通过利用这种现象，我们为微纤维表面建立了逐层剥离技术。该技术允许每1 nm减小微纤维的厚度，并且通过使用该方法产生的样品，可以检查纤维素特性对各种物理特性的厚度的依赖性。