Research Institute for Sustainable Humanosphere

共同研究

2014(平成26) 年度 生存圏科学 萌芽研究 1

研究課題

低環境負荷・高強度セルロース系繊維・フィルムの開発

研究組織

 代表者 阿部賢太郎 (京都大学生存圏研究所)
 共同研究者 久住亮介 (京都大学農学研究科)

研究概要

植物資源のさらなる用途展開を目指すため、本研究ではセルロース系再生繊維の新たな可能性に着目する。レーヨンやキュプラに代表される再生繊維は、セルロースの性質に由来する風合い、軽量、吸湿性等の長所から現在も広く利用されている。天然セルロースは水や有機溶媒に対して安定であるため、再生繊維を作製する際には、特殊な溶剤によりセルロース試料を一旦溶解させる必要がある。しかし、溶剤として使用される二硫化炭素や銅アンモニアは、使用における危険性が高く、環境負荷を伴う。さらに、セルロース結晶の溶解に伴う分子鎖の乱れにより、再生された繊維やフィルムの結晶性は著しく低下し、その力学的強度も低いのが現状である。

一方、天然セルロースが有する結晶性を活かした高強度ナノ材料として、現在「セルロースナノファイバー」が注目されている。植物の細胞壁骨格として存在する幅 4–20 nm のセルロースミクロフィブリルは、その結晶性により優れた力学性能を示し、樹脂の補強繊維等の様々な利用が期待されている。このセルロースナノファイバーを用いて、優れた強度を有する繊維・フィルムを作製可能であることは容易に想像できる。しかし、植物資源からセルロースナノファイバーを効率よく大量に単離することは現段階では難しい。とくに、入手が容易かつ安価な乾燥パルプにおいては、パルプ内でナノファイバー同士が強固に水素結合しており、その単離は極めて難しい。

本研究の目的は、「1. 低環境負荷の高強度繊維・フィルムの開発」および「2. 乾燥パルプからの簡便なナノファイバー作製」の同時解決であり、そのための手法として「パルプのアルカリ解繊」を試みる。水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液がセルロースを膨潤させることはよく知られている。そこで、適切なアルカリ条件下ではパルプ中のミクロフィブリル(ナノファイバー)間のみ水素結合が緩和され、簡便にナノファイバーが単離されると考えた。さらに、これまでの研究から、アルカリ水溶液中に分散したセルロースナノファイバーが中和によってゲルを形成することが分かっており、下図のような紡糸も容易である。このとき、セルロースはアルカリ中で溶解せず、得られるゲルや繊維のセルロース結晶性は高い。つまり、「アルカリ条件でパルプのナノ解繊を促進させ、そのナノファイバー懸濁液から高強度セルロース繊維・フィルムを作製する」ことが本研究の内容である。

阿部賢太郎: 2014(平成26)年度 生存圏科学萌芽研究 図

ページ先頭へもどる
2014年7月28日作成

一つ前のページへもどる