Cellulose Nanofiber-Based Composite Materials with Polymer Brush Components

Abstract

表面・界面に片末端が固定されたポリマー鎖の集合体は ポリマーブラシと呼ばれ、材料の高性能化・高機能化に重 要な役割を担う。最近では、リビングラジカル重合による 合成技術が進展してシェル層(ポリマーブラシ層)の精密設 計が可能となり、コア(ナノ粒子・ナノファイバー等)とマ トリクス(溶媒や樹脂等)の組み合わせから新規機能材料が 見出されている。 さて、セルロースナノファイバーに関する研究開発が世 界中で活発化している。本誌では東京大学の磯貝明先生や 京都大学の矢野浩之先生による解説記事を参照されたい1)。 セルロースナノファイバー(CNF)は植物細胞壁や酢酸菌 の細胞外分泌物、ホヤの被嚢などにミクロフィブリル(束) として存在し、機械的処理(高圧ホモジナイザー、グライ ンダーなど)や化学的処理(TEMPO酸化、carboxymethyl 化など)により解繊された直径数~数 10nmのナノ繊維で ある。とりわけ、木質バイオマスから得られるCNF2)は豊 富な資源量(セルロース現存量は約 8兆 t)と優れた力学特 性(結晶弾性率:138GPa3)、強度:2-3GPa4))、寸法安定性 (線熱膨張係数:10-7/K5))、高比表面積、透明性、生分解 性、生体適合性などの魅力的な特性を有する。 筆者がCNFに関する研究を開始したのは 2011 年のこ とである。当時、出身研究室(京大院農・中坪文明先生の 研究室)と留学先(オーストリアBOKU大学・Thomas Rosenau 先生の研究室)での機能性セルロース誘導体に関 する研究を経て、物質材料研究機構・有賀克彦先生の下で 博士研究員として動的界面を利用した超分子体に関する研 究に従事していたが、幸運なことに辻井敬亘先生の下で研 究する機会を得た。この赴任をきっかけに、ポリマーブラ シの特性を活かしたCNFの材料開発に取り組むことと なった。本稿ではその最近の研究成果について紹介したい。