Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

天然繊維 / ナノ・フィブリル / セルロース / キトサン / コラーゲン / 超薄膜 / 生分解性膜 / ナノ・ブレンド / 生分解性

該当研究年度において、所期の研究目的を達成し、以下の成果を得た。
1.天然有機繊維の中から、セルロース系、キトサン系およびコラーゲン系繊維3種を選び、水を媒体とする機械的な解繊法により、それぞれの試料から、直径がナノ単位のフィブリル(ナノ・フィブリル、以下NFと略記)を得るための最適な条件を確立した。
それらの形態を観察した結果、それぞれ直径数nmから数10nmのNFが得られた.
2.1.項で得られたNFの水けんだく液を、単独またはブレンドした水けんだく液を用いて超薄膜の成膜を試みた結果、膜厚数10nm〜数100nmの超薄膜が得られた。さらに、超薄膜の表面構造を解析した結果、膜を構成する個々のNFは、膜中では強固に水素結合していることが分かった。
3.得られた薄膜の物性について、その引張り強さを測定し、同膜の力学的強さを検討した結果、ブレンドNFから得られた薄膜は、市販の中質紙(コピー用紙)の約1.5倍強の、低密度ポリエチレンの約2.0倍強の引っ張り強さを有すことが分かった。
4.得られたキトサンのNFのけんだく液から、および供試試料を酢酸に溶解した溶液を用いたキャスト法から、それぞれ得られた超薄膜を、X線回折法による解析と走査電子顕微鏡による観察により、NFの水けんだく液から得られる超薄膜では、膜を構成する個々のNFは、その分子の長軸方向を、膜表面に平行な面に配列しており、その赤外反射スペクトルの測定により、個々の分子に付属する官能基が、分子の表面に存在することが示唆された。
4.これらの成果は、広く国内・外に発表すべく、第51回高分子学会年次大会(横浜、2002年5月)およびUPAC World Polymer Conference (Beijing, China、2002月7月)に発表した。また第52回高分子学会年次大会(名古屋、2003年5月)で発表する。

紙 / 古紙 / セルロース / 吸水性 / 保水材 / 砂漠緑化 / 架橋剤 / 生分解性 / 天然繊維

我々は日々の生活の中で膨大な量の紙類を使用し、その結果として古紙類を排出している。紙類が樹木を中心とした植物資源から生産されていることを考えると、古紙類を再び紙として再生させることは地球環境にとって極めて有益であるといえる。しかし、低質古紙類については徒に紙に再生するのではなく、セルロースス資源としての特質に注目して、新たな材料に変換・利用することが必要である。本研究では広葉樹材由来の晒クラフトパルプを古紙のモデルとして、その化学的変換によって高性能吸水材の開発を試みている。パルプのカルボキシメチル化によって水溶性のカルボキシメチルセルロースを調製したのち、ポリエチレングリコール・ジ・グリシジルエーテル(PEGDGE)を用いた架橋によって、十分な吸水性能を有する吸水材の開発を意図した。初年度および2年度での検討によって、カルボキシメチル化段の反応終了後、直接架橋剤を添加する一段法によって、1gの自重に対し400gの水を保持する吸水材の開発に成功している。従来のセルロース系吸水材の保水値が100g程度であることを考えると、極めて高性能の吸水材であるといえる。
最終年度においては、更に高吸水性能を有する吸水材の開発を目的として、カルボキシメチル化の後に反応生成物を一旦単離したのち、改めて架橋剤による反応を行う二段法を試みた結果、保水値が700gに近い吸水材が得られることを見出した。このような高い吸水性能が、架橋剤として使用したPEGDGEの鎖長と架橋密度に密接に関係していること、すなわちルースでフレキシブルな架橋構造の形成が重要であることを結論した。古紙類等の低質セルロース資源から高性能吸水材が得られることが明らかとなったが、今後、これが乾燥地、低質土壌地域の緑化等に実用化されるには、本研究で得られた知見を基づいて一層安価な架橋剤の開発を計ることが極めて重要であるといえる。

セルロース / 酸化 / TEMPO / セルラーゼ / 機能化 / 生物分解性 / 表面改質 / 選択性 / セルロース誘導体 / CMC / 再生セルロース / 生分解性 / キチン

1. 天然セルロースを一旦溶解して調製した再生セルロース、あるいは17.5%水酸化ナトリウム水溶液で膨潤-洗浄したマーセル化セルロースを出発物質とし、水溶性の安定ラジカルであるTEMPO(2,2,6,6-テトラメチルピペジニル-1-オキシラジカル)を触媒量添加して、臭化ナトリウムと次亜塩素酸で酸化処理を行うことにより、セルロースのC6位の水酸基のほとんどすべてが選択的に酸化されてカルボキシル基に変換した水溶性ポリグルクロン酸(セロウロン酸)を定量的に調製することができた。2. 綿セルロース、針葉樹漂白クラフトパルプを58%ロダン塩(チオシアン化カルシウム)水溶液に加熱溶解し、水中で再生させた再生セルロースゲルを出発物質として用いることにより、高重合度のセロウロン酸を効率的に調製することができた。
3. 得られたセロウロン酸は市販の粗精製セルラーゼを室温で1ヶ月程度処理することにより、セロウロン酸オリゴマーからグルクロン酸にまで加水分解的に低分子化された。これは、セルラーゼ中に不純物として含まれている酵素の作用による。従って、新しい水溶性の多糖類であるセロウロン酸の生分解性を確認した。これは、従来の水溶性セルロース誘導体では期待できなかった特性である。
4. 天然セルロースをTEMPO触媒酸化したところ、水溶性のセロウロン酸は得られなかったが、セルロース表面にカルボキシル基を微量導入することができた。この表面酸化パルプから紙の調製した場合、パルプ表面のマイナスの表面荷電を強めることになり、抄紙におけるサイズ剤、紙力剤などのウェットエンド添加剤成分を効率的に定着する機能が付与された。

【研究分担者】
岩田忠久	独立行政法人理化学研究所	高分子研究室	副主任研究員	(Kakenデータベース)
岡村圭造	京都学園大学	経済学部	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
鈴木磨	代表取締役社長(研究職/">(Kakenデータベース)
新谷博幸	東京大学	大学院・農学生命科学研究科	助手	(Kakenデータベース)
松本雄二	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)