解繊セルロースナノファイバーのエレクトロスピニングによる再構成・再構築に関する論文が受理・出版されました【論文 査読有 IF】

2021/9/25

Fabrication of Ionic Cellulose Nanofiber Composites by Electrospinning Cellulose Microfibril-Gel-Dispersions in Poly(vinyl alcohol) Solution

 

Eiichi Shoji*, Yusuke Hikida, and Masanori Hatashita

Advanced Materials Innovation & Monozukuri Lab, University of Fukui,
3-9-1 Bunkyo, Fukui 910-8507, JAPAN

JOURNAL OF NATURAL FIBERS (Published online: 16 Jan 2021)

(https://doi.org/10.1080/15440478.2020.1870634)

 

ABSTRACT
In this study, we propose a fabrication method to obtain composites of poly(vinyl alcohol) (PVA)/ionic cellulose nanofibers, in which a fiber structure is manipulated through a reconstruction of 2,2,6,6-tetramethyl-piperidinyl-1-oxyl radical (TEMPO)-oxidized cellulose nanofiber (TCNF) or the carboxymethyl cellulose nanofiber (CMCNF) heterogeneous microfibril gels using electrospinning method. The key concept is to assemble nanofibers from thin few-nanometer-scale width cellulose nanofibers (microfibrils) to thicker several-hundred-nanometer-scale width cellulose nanofibers by electrospinning insoluble microfibril-gel-dispersion in PVA solution. In the case of CMCNF, nanofibers with less-fused structures were successfully reconstructed via electrospinning. Energy-dispersive X-ray spectroscopy revealed that sodium ions exist in the fibers, where they function as counter ions of carboxylate groups of polyelectrolyte moiety of CMCNF. Thus, the obtained composites do contain both ionic cellulose nanofibers and PVA. The proposed fabrication route can be used to fabricate composites as nonwoven fabrics of polyelectrolyte nanofibers. These natural polymer based ionic fabrics will be widely useful to propose low-environmental-impact polymer actuators and active sensing elements involving the ion transport phenomena.

 

TEMPO酸化によるセルロースナノファイバーは解繊により極めて細く均一分散しているのですが、活用する上では細すぎるのでアプリケーションによっては扱いずらい面がありました。エレクトロスピニングの方法を使って、太いセルロースナノファイバーに再構築出来れば、サブミクロンスケールにおける機能性ナノファイバー複合材料として応用範囲が広がります。逆に、セルロースナノファイバーは通常、水素結合のネットワークによりかなり広いスケールでの不均一な太さで凝集しているので、直接的に再構築することが出来ません。

この論文では、解繊セルロースナノファイバーを『再構築』するアイデアがポイントです。解繊セルロースナノファイバーに関してこの視点に立脚して、『再構築』を提案する論文は他に無い状況です。