Nanocellulose hydrogels formed via crystalline transformation from cellulose I to II and subsequent freeze cross-linking reaction

セルロースIからIIへの結晶変換とその後の凍結架橋反応によって形成されるナノセルロースハイドロゲル

関根 由莉奈   ; 南川 卓也 ; 廣井 孝介  ; 大場 洋次郎*; 永川 栄泰*; 杉田 剛   ; 柴山 由樹; 深澤 倫子*

Sekine, Yurina; Nankawa, Takuya; Hiroi, Kosuke; Oba, Yojiro*; Nagakawa, Yoshiyasu*; Sugita, Tsuyoshi; Shibayama, Yuki; Ikeda-Fukazawa, Tomoko*

セルロースの結晶転移とその後の凍結架橋反応によってナノセルロース(NC)から形成された、無毒で強靱なNCゲルを開発した。低濃度のNaOHの使用と凍結を併用すると、凍結濃縮によりセルロースIからIIへのNCの結晶相転移が誘導されることを見出した。結晶相転移後、凍結濃縮層(FCL)内のNCとCA間の架橋により、強力なNCネットワーク構造が形成され、高い機械的強度を備えたNCハイドロゲルが形成した。凍結架橋したNCハイドロゲルは、NC-NaOHゾルと粉末吸着剤を混合することにより吸着剤を内部空間に容易に保持し、高い重金属除去効率を示した。この結果は、機能性材料の開発における化学修飾されていないセルロースの多用途性を示し、実用化の可能性を示すものである。

We describe non-toxic, tough nanocellulose (NC) hydrogels formed from chemically unmodified NC by cellulose crystalline transformation and subsequent freeze cross-linking reaction. Using low-concentration NaOH and freezing together induced the crystalline transformation of NC from cellulose I to II via freeze concentration. After the crystalline transformation, cross-linking between the NC and CA in the freeze concentration layer (FCL) provided a strong NC network structure, forming NC hydrogels with high mechanical strength. The freeze-cross-linked NC hydrogel easily retained powder adsorbents in its inner space by mixing the NC-NaOH sol and the powder, and the hydrogel showed high removal efficiency for heavy metals. The results highlight the versatility of chemically unmodified celluloses in developing functional materials, suggest possible practical applications.