Cellulose gels produced in room temperature ionic liquids by ionizing radiation

放射線照射によるイオン液体中のセルロースゲルの作製

木村 敦; 長澤 尚胤; 田口 光正

Kimura, Atsushi; Nagasawa, Naotsugu; Taguchi, Mitsumasa

天然高分子の一種である多糖類は、環境にやさしい材料として注目を集めているが、多くの多糖類は水や有機溶媒に難溶性であり、その成形加工には化学処理などの各種プロセスを要する。近年、このような多糖類を高濃度で溶解する溶媒として、イオン液体の利用が検討されている。本研究では、独自に合成したイオン液体を用いて難溶性天然多糖類セルロースの高濃度溶液を作製し、放射線を照射することで、網目状の化学結合を有する新規セルロースゲルの作製に成功した。また、セルロースゲルを高効率で生成する反応条件(初期濃度,照射温度,水分率)を調べた。その結果、セルロースゲルの生成収率は、試料の初期濃度20%、放射線の照射温度298K、含水率18%の条件において、線量10kGyの線照射により、最大14%であることを明らかにした。さらに、得られたセルロースゲルは、3.0mS cmの電子伝導性を有することから、電子および医療機器への応用が期待される。

Large quantities of polysaccharide-based biomass are ubiquitous on Earth, and they possess unique structures, distinctive properties, and offer the advantages of being non-toxic and biodegradable. Ionizing radiation is widely used as a convenient tool for the modification of the polysaccharides via decomposition, grafting, and cross-linking. Until now, radiation cross-linked materials have only been produced either from polysaccharide derivatives or using cross-linking reagents, as certain natural polysaccharides have poor solubility in water and organic solvents as well as low chemical reactivity. These limitations could possibly be circumvented by the use of room temperature ionic liquids (RTILs), which can cleave the hydrogen bonds of the polysaccharides to form solutions. In this study, we focus on the application of RTILs as "specific solvents for the dissolution of polysaccharides", and their use in establishing a "proper reaction field for radiation cross-linking". For the first time in this study, we have demonstrated the possibility of producing cellulose gels by -ray irradiation of cellulose in RTILs under humid conditions. The gel fraction could be controlled by adept regulation of following conditions: initial concentration of cellulose, irradiation temperature, water content, and the absorbed dose. The cellulose gel thus obtained had an electronic conductivity of 3.0 mS cm, showing great potential for applications in optoelectronic and medical devices.