Eco-friendly carboxymethyl cellulose nanofiber hydrogels prepared via freeze cross-linking and their applications

凍結架橋によって調製された環境に優しいカルボキシメチルセルロースナノファイバーヒドロゲルとその応用

関根 由莉奈   ; 南川 卓也 ; 柚木 俊二*; 杉田 剛   ; 中川 洋   ; 山田 鉄兵*

Sekine, Yurina; Nankawa, Takuya; Yunoki, Shunji*; Sugita, Tsuyoshi; Nakagawa, Hiroshi; Yamada, Teppei*

凍結濃縮を利用した架橋法を開発し、高い圧縮強度(80MPa)と高い圧縮回復性を備えた新しいタイプのカルボキシメチルセルロースナノファイバー(CMCF)ハイドロゲルを開発した。ハイドロゲルは、クエン酸(CA)の水溶液を凍結したCMCFゾルに添加し、次にそのゾルを解凍することによって調製した。凍結濃縮されたCMCFとCA間の反応により、氷結晶構造を反映する剛直な多孔質構造が形成された。圧縮評価により、架橋構造が圧縮応力に対して高い安定性を持つことを明らかにした。凍結架橋の前にベントナイトをCMCFゾルに追加することにより、CMCFヒドロゲルに簡易に固定することに成功した。CMCF-ベントナイトゲルは、化学染料に対して高い吸着性を示した。物理的に架橋されたCMCFヒドロゲルは、毒性がなく、金属を含まず、調製が簡単であるため、さまざまな分野で持続可能な材料として役立つ。

We developed a cross-linking method using freeze concentration and used it to synthesize a new type of carboxymethyl cellulose nanofiber (CMCF) hydrogel with high compressive strength ( 80 MPa) and high compressive recoverability. The hydrogels were prepared by adding an aqueous solution of citric acid (CA) to a frozen CMCF sol and then thawing the sol. The reaction between the freeze-concentrated CMCF and CA created a rigid porous structure that reflected the ice crystal structure. Their cross-linked structure has a high stability to compressive stress. Bentonite was immobilized on a CMCF hydrogel by adding bentonite to the CMCF sol before freeze cross-linking. The CMCF-bentonite hydrogel showed high adsorptivity for chemical dyes. The physically cross-linked CMCF hydrogels are non-toxic, metal-free, and simple to prepare, and thus they may be useful as sustainable materials in various fields.