天然セルロースのTEMP0触媒酸化で得られる新規ナノファイバーの構造解析と複合化

TEMP0催化氧化天然纤维素获得的新型纳米纤维的结构分析与复合

基本信息

批准号：
08J09514
负责人：
齋藤継之
金额：
$ 0.51万
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 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08J09514/
关键词：
セルロースナノファイバー炭酸カルシウムコンポジット

项目摘要

材料特性の制御が容易な石油系プラスチックやガラスは、汎用性の高い材料として幅広い分野で利用されている。しかしながら、これらの材料は高い操作温度や複雑な工程・設備を必要としており、近年浮き彫りになってきた化石資源の枯渇や地球温暖化等の問題に対応するために、資源及びエネルギーの両側面からそれらに代替しうる環境適合型の材料の開発が求められていた。セルロースと炭酸カルシウムは、二酸化炭素を固定化して自然界に多量に蓄積している。これらの資源を用いて新材料を創出することは、循環型社会の構築に向けた重要なアプローチといえる。近年、炭酸カルシウムのバイオミネラリゼーションにおいて重要な役割を担っているアモルファス炭酸カルシウム(ACC)の材料化に注目が集まっている。ポリアクリル酸で安定化されたアモルファス炭酸カルシウムは、水系・常温・常圧という省エネルギーかつ低環境負荷のプロセスで調製可能な新しい素材である。本研究では、このACCと結晶性ナノファイバーを構成単位とするゲル状のセルロース膜を複合化することで、透明かつ自立性のフィルム状複合体の作製に成功した。この複合体は、甲殻類の外骨格と同様の有機・無機の組成比で構成されており、セルロース単独では発現できない硬度を有し、甲殻類の外骨格よりも強靭な引張強度を示した。つまり、セルロースと炭酸カルシウムという豊富な天然資源を用いて、水系・常温・常圧下の簡便なプロセスにより、しなやかで強靭な透明材料の作製に成功した。産業的には、石油系プラスチックやガラス等の安価で汎用性の高い基盤部材に代替しうる新素材といえる。

石油基塑料和玻璃的材料特性易于控制，作为高度通用的材料被广泛应用于各个领域。然而，这些材料需要较高的工作温度以及复杂的工艺和设备，为了应对近年来暴露的化石资源枯竭和全球变暖等问题，人们正在从资源和能源的角度做出努力。需要开发可以替代它们的环保材料。纤维素和碳酸钙固定二氧化碳并在自然界中大量积累。利用这些资源创造新材料可以说是建设循环型社会的重要途径。近年来，无定形碳酸钙（ACC）的物化受到人们的关注，它在碳酸钙的生物矿化中发挥着重要作用。聚丙烯酸稳定的无定形碳酸钙是一种新材料，可以采用水相、常温常压工艺制备，节省能源，对环境影响较小。在这项研究中，我们通过将该ACC与构成单元为结晶纳米纤维的凝胶状纤维素膜相结合，成功地创造了一种透明且自支撑的膜状复合材料。该复合材料由与甲壳类外骨骼相同的有机/无机组成比组成，具有单独纤维素无法表现出的硬度，并且表现出比甲壳类外骨骼更大的拉伸强度。换句话说，他们利用丰富的纤维素和碳酸钙自然资源，在室温和压力下通过简单的水基工艺成功地创造了一种柔韧、坚固和透明的材料。在工业上，它可以说是一种可以替代石油基塑料和玻璃等廉价且用途广泛的基础材料的新材料。