セルロースナノファイバーの欠陥を減らす ~バイオマス由来ナノ材料の用途拡大に向けて~

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2025-04-08 京都大学

京都大学農学研究科の小林加代子助教、東京大学の伊藤智樹博士課程学生、齋藤継之教授らの研究チームは、セルロースナノファイバー(CNF)の欠陥を減少させ、高品質なCNFの作製に成功しました。CNFは植物由来のナノ材料で、持続可能性と高機能性から注目されていますが、従来の製造方法では折れ曲がりや凹みといった欠陥が生じる課題がありました。研究チームは、植物からセルロースを抽出する工程や化学処理を穏やかな条件で行うことで、規則的なねじれを持つ高品質なCNFを得ることができました。この成果は、CNFの特性を最大限に引き出し、幅広い応用展開に寄与すると期待されます。

<関連情報>

制御された右ねじれ周期性を有するサステイナブルウッドナノセルロースの欠陥のない均一な単結晶分散体 Defectless and Uniform Single-Crystallite Dispersions of Sustainable Wood Nanocellulose with a Regulated Right-Handed Twist Periodicity

Tomoki Ito,Kazuho Daicho,Shuji Fujisawa,Tsuguyuki Saito,and Kayoko Kobayashi

Nano Letters  Published:Published April 7, 2025

DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c06483

Abstract

セルロースナノファイバーの欠陥を減らす ~バイオマス由来ナノ材料の用途拡大に向けて~

Controlling the quality of cellulose nanofibers (CNFs), such as dispersibility and defects, is crucial for fully exploiting sustainable wood-derived CNFs. The dispersibility of CNFs is now tailorable, whereas the defects are still uncontrollable. This study is the first to demonstrate defect suppression through the selection of raw material species and the chemical pretreatment for cellulose. Two raw materials of softwood pulp and holocellulose are chosen from the perspective of the nanoscale supramolecular structure of plant celluloses. These two materials are subjected to regioselective surface oxidation using 4-acetamido-2,2,6,6-tetramethylpiperidinyl-1-oxyl as a catalyst at two different pHs to prepare four types of CNFs. Through statistical analysis of the CNF morphology using atomic force microscopy (AFM) image processing, we found a process yielding defectless CNF dispersions comprising uniform single crystallite units of cellulose. Wavelet transform analysis of AFM height profiles further revealed that the defectless CNFs exhibit regulated twist periodicity along much of their length.

0603繊維加工
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