セルロースナノフィブリルで接着されたオールセルロース材料の解析

抄録

塩化亜鉛でセルロース繊維を膨潤させ，繊維同士を接着させたバルカナイズドファイバーとも呼ばれるオールセルロース材料が古くから知られているが，その微細構造や強度発現メカニズムは未知なところが多かった。本研究では，塩化亜鉛処理でセルロース繊維がどのように接着効果を発揮しているのかを解明するため，X線回折による結晶構造解析，SEM観察，比表面積測定を行い，微細構造の変化を検討した。X線回折から，塩化亜鉛処理ではセルロースⅠ型の結晶構造がほぼ維持され，セルロースの結晶間を中心に膨潤させていることが明らかになった。凍結乾燥法によりセルロースの乾燥凝集を低減させた繊維シートのSEM観察から，塩化亜鉛処理により繊維の微細化が進み，セルロースナノフィブリル（CNF）が繊維間で密なネットワークを形成して複雑に絡み合っていることが分かった。さらに，比表面積の値も塩化亜鉛処理することで処理前の8倍程度に上昇し，微細化が進んでいることが裏付けられた。また，繊維シートを塩化亜鉛処理すると，引張強度，伸び率，弾性率共に大きく上昇し，引張強度は最大で106MPaを示した。さらに，塩化亜鉛処理したシートは湿潤状態でも引張強度の低下が小さく，高い伸び率も有していた。これらの結果から，本オールセルロース材料中でCNFが複雑に絡み合い，水では簡単に解れないネットワークを形成されていることが示唆された。