Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

スーパーエンジニアリングプラスチック / ナノファイバー / 複合材料 / 耐熱性 / 表面改質

本研究では、ポリマー材料の中でも高耐熱性かつ高強度であるスーパーエンジニアリングプラスチック（スーパーエンプラ）に着目し、そのナノファイバー化に向けた基盤研究を実施している。具体的な研究内容は、耐熱温度が高く、ナノファイバー直径が小さく、弾性率が高いスーパーエンプラナノファイバー（SEnF）を作製することである。
当該年度では、昨年度に引き続き、スーパーエンプラの１つであるポリエーテルエーテルケトン（PEEK）に着目し、PEEKからスルホン化PEEK（SPEEK）への化学改質、エレクトロスピニング（ES）法によるSPEEKのナノファイバー化、SPEEKからPEEKナノファイバーへの脱スルホン化、の3つのステップで、PEEKもしくはその誘導体のナノファイバー化を試みた。
はじめに、PEEKを濃硫酸中で加熱撹拌することで、PEEKからSPEEKへの化学改質を施した。加熱攪拌において、温度、時間を適切に制御することで、スルホン化度を制御できた。その結果として、スルホン化度を制御したSPEEKは、汎用性溶媒に溶解することがわかった。
つづいて、汎用性溶媒を用いてSPEEKのナノファイバー化を実施した。ジメチルホルムアミド（DMF）にSPEEKを溶解したSPEEK/DMF溶液を用いて、ES法によるナノファイバー化に取り組んだ結果、平均直径で約30 nmのSPEEKナノファイバーが得られた。
最後に、リン酸中で加熱処理することで、SPEEKからPEEKナノファイバーを再生（脱スルホン化）した。脱スルホン化により、スルホン化度が約20%減少し、熱重量減少温度が約80℃向上したことから、部分的にではあるがPEEKナノファイバーが出来ていることがわかった。
以上より、スーパーエンプラの１つであるPEEKおよびその誘導体のSPEEKにおいて、平均直径400 nm以下のナノファイバーを作製できた。

複合材料 / ナノセルロース / 表面改質 / TEMPO酸化 / ナノファイバー

セルロースナノファイバー（ＣＮＦ）と汎用疎水性高分子（ポリスチレンおよびポリメチルメタクリレート）の均一複合化手法を開発し、力学物性および熱機械物性について調べた。幅3 nmのＣＮＦが高分子と均一に複合化されることで、得られるＣＮＦ/高分子複合材料は高い透明性を示した。また、ＣＮＦ添加量に伴って材料のヤング率、強度および熱寸法安定性が向上した。本成果は、今後のCNF/高分子複合材料の基礎的知見として、実用化における材料設計に役立つと期待できる。

ナノファイバ / 光グラフト重合 / 表面改質 / 親水性 / 生体適合性 / 医療用材料 / ステント / 複合材料 / 医療用ポリマ / ステントグラフト / ポリマー / ナノファイバー / 親水化 / 高機能化 / グラフト重合 / コンポジット

本研究では，当研究室のこれまでの研究成果である「ナノファイバー」、「紫外線照射による光グラフト重合法」、「機能性評価」に関する知見の融合を試み，光グラフト重合法による表面改質を用いた新規機能性ナノファイバーの創製を試みた．その結果，汎用性の高いポリマーを使ったナノファイバー作製に成功した．また，伸縮性と高い弾性率からさまざまな用途に使われているポリウレタンをナノファイバー化し，アクリル酸の光グラフト重合により親水化させた．さらに，ポリウレタンナノファイバーへの高生体適合性ポリマーの光グラフト重合も行い，ナノファイバーに抗血栓性を付与し，血液接触型医療器具への応用可能性を高めることができた．

環境材料 / ナノ材料 / 糖 / 多糖 / 触媒酸化 / セルロース / TEMPO / 表面改質 / ナノファイバー / 水系媒体 / ガスバリア性 / 機能材料 / ミクロフィブリル / 金属捕捉材

2, 2, 6, 6-テトラピペリジニル-1-オキシラジカル(TEMPO)を触媒量用いる水系媒体での、セルロースを含む多糖の酸化改質について詳細に検討した。新しく開発した亜塩素酸ナトリウムを主酸化剤とする弱酸性~中性条件でのTEMPO 触媒酸化を、天然セルロース、レーヨンあるいはセルロースビーズのような再生セルロース、その他の多糖類について適用した。その結果、β脱離反応による低分子化が抑えられるために、天然セルロースの酸化-水中解繊処理では、高分子量でアスペクト比の大きいTEMPO 酸化セルロースナノファイバーが得られた。木材セルロースから得られたナノファイバーは幅が4~5nm で、長さは数ミクロン以上あり、新規TEMPO 酸化セルロースナノファイバーの調製方法として確立することができた。天然セルロースをボールミル粉砕して非晶化した場合には、水溶性のポリウロン酸であるセロウロン酸が得られた。一方、レーヨン繊維の亜塩素酸ナトリウム系TEMPO 触媒酸化でも、水溶性のセロウロン酸が得られたが、その分子量は従来法の6 倍以上となり、化学構造も均一であった。再生セロロースビーズに亜塩素酸ナトリウム系TEMPO 触媒酸化を適用したところ、元の多孔質、ビーズ形状を保ったまま、その表面に高密度でカルボキシル基を導入することができた。そのTEMPO 酸化セルロースビーズは、既存のカルボキシメチル化ビーズよりも、高い金属イオン吸着能、カチオン性高分子吸着能を示し、新しい分離用アニオン性セルロースビーズの開発につながるデータを得ることができた。再生セルロースでもレーヨンのようにセロウロン酸が得られる場合と、セルロースビーズのように固体表面のみにカルボキシル基が導入される場合があり、全く異なるがこれは両者の固体構造を反映している。

【研究分担者】
前田知貴	茨城大学	フロンティア応用原子科学研究センター	助教	(Kakenデータベース)
黒川成貴	慶應義塾大学	理工学部(矢上)	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
杉山淳司	京都大学	生存圏研究所	教授	(Kakenデータベース)
羽生直人	宇都宮大学	農学部	助教授	(Kakenデータベース)
和田昌久	東京大学	大学院農学生命科学研究科	助教授	(Kakenデータベース)
北岡卓也	九州大学	農学研究院	助教授	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
和田昌久	東京大学	大学院・農学生命科学研究科	准教授
羽生直人	宇都宮大学	農学部	准教授
北岡卓也	九州大学	大学院・農学研究院	准教授
杉山淳司	京都大学	生存圏研究所	教授