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瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; 廣木 章博; 笠井 昇; 吉井 文男; 玉田 正男; 瀧上 昭治*; 柴田 卓弥*; 明田川 康*; 尾崎 益雄*
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 35(3), p.647 - 650, 2010/09
家畜尿汚水の二次処理水に含有する腐植様着色物質が含有する排水の処理方法及び処理システムを開発した。本技術は、ビニロン繊維にカチオン性モノマーであるN,N-ジメチルアミノプロピルアクリルアミドを放射線グラフト重合させた繊維状の吸着材を設置した腐植様着色物質を吸着・除去させる排水処理方法であり、脱着による腐植様着色物質の回収並びに繊維状物の繰り返し利用を可能にしたシステムである。ビニロン繊維に
線を60kGy照射し、窒素置換した20%のモノマー溶液中で2時間グラフト反応して、グラフト率が約100%から150%有する吸着材を作製した。グラフト率が100%以上有する吸着材は、腐植様着色物質を吸着し、二次処理水の色度を90%以上低下させた。本技術は、家畜汚水,河川,土壌廃水からの腐植酸用物質回収材料として、農業,工業,環境等の広範囲な分野への応用が期待される。
笠原 崇光*; 瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; 瀧上 昭治*
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 34(3), p.395 - 398, 2009/09
水溶性の高分子量体であるコンニャクマンナン(KM)の水溶液は粘性が高いため、加工性が悪いといった問題点がある。そこでKMの粘度を調整するため、KM粉末をガラスアンプルに入れ真空中で所定線量の線照射によって分解した。放射線分解したKMをカルボキシメチルセルロース(CMC)に混合して酸処理によりCMCブレンドゲルを形成し、酸処理CMCゲルの物性変化について評価した。10kGy線照射により低分子量化したKMの2%水溶液にCMC粉末を混合し、高分子濃度が10%のブレンド水溶液に調整し、1Mの塩酸で処理した。KMをブレンドすると酸処理CMCゲルと比較してヤング率や破壊強度が高くなり、特に破壊強度が3倍大きくなることを見いだした。また、ブレンドするKMの分子サイズがCMC分子鎖との絡み合いと酸処理によるCMC/KMゲルの凝集構造形成に関連していることを突きとめた。
瀧上 眞知子*; 廣木 章博; 長澤 尚胤; 笠原 崇光*; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 34(3), p.391 - 394, 2009/09
121
Cでの酸加水分解により分子量の異なるカルボキシメチルセルロース(CMC)を調製し、クエン酸と混合、所定温度で保管することで、CMC-酸ゲルを得た。保管している間にカルボキシメチル基末端がNa型からH型に変わることで水素結合形成とCMC分子鎖の絡み合いにより弾性ゲルとなる。今回、弾性ゲルのゲル分率,吸水性及び機械的特性に及ぼす分子量の影響を検討した。その結果、保管時間が一定の場合、分子量の高いCMCほどゲル分率は高くなった。しかし、低分子量CMCであっても混合後の保管時間を長くすると、ゲル分率は高分子量CMCのときと変わらなかった。低分子量CMCゲルは、高分子量のモノに比べ、より柔らかく吸水力が高いことがわかった。高分子量CMCゲルでは、保管時間を長くするとますます硬くなったが、低分子量CMCゲルの柔らかさと高吸水性は、保管時間に依存せず、変化しないことが明らかとなった。
笠原 崇光*; 瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; Prawitwong, P.*; 瀧上 昭治*
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 33(4), p.927 - 930, 2008/12
水溶性の高分子量体であるコンニャクマンナン(KM)の水溶液は粘性が高いため、加工性が悪いといった問題点がある。そこでKMの粘度を調整するため、KM粉末をガラスアンプルに入れ真空中で所定線量(1, 2, 4, 10, 20, 30kGy)の線照射によって分解した。放射線分解したKMの利用を考慮し、酸処理により形成するカルボキシメチルセルロース(CMC)ゲルに柔らかさを付与するために放射線分解したKMを混合し、そのブレンドゲルの物性について評価した。ブレンドするKMの分子量は、線照射により11.7
10
から1.010に低下した。低分子量化したKMの2%水溶液にCMC粉末を混合し、高分子濃度が10%の水溶液に調整し、0.5Mの塩酸で8, 16, 32, 64時間処理した。KMをブレンドするとヤング率や破壊強度が高くなり、KMをブレンドして64時間酸処理するとCMC単独ゲルと比較して破壊強度が3倍大きくなることを見いだした。また、酸処理時間が16時間の時に最も強度が高くなることがわかった。CMCゲルに柔らかさと高強度を付与することができた。10kGy照射して分子量2.210を有するKMをブレンドした場合にはCMC単独ゲルより破壊強度が若干低下した。ブレンドするKMの分子サイズがCMC分子鎖との絡み合いと酸処理によるCMCゲルの凝集構造形成に関連していることがわかった。
笠原 崇光*; 瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; Prawitwong, P.*; 玉田 正男; 瀧上 昭治*
JAEA-Review 2008-055, JAEA Takasaki Annual Report 2007, P. 45, 2008/11
水溶性の高分子量体であるコンニャクマンナン(KM)の水溶液は粘性が高いため、加工性が悪いといった問題点がある。そこでKMの粘度を調整するため、KM粉末をガラスアンプルに入れ、空気中で線照射によって分解した。酸処理により形成するカルボキシメチルセルロース(CMC)ゲルに柔らかさを付与するために、放射線分解したKMをブレンドし、そのゲルの物性評価を行った。ブレンドするKMの分子量は、線照射により11.710から1.010に低下した。低分子量化したKMの2%水溶液にCMC粉末を混合し、高分子濃度10%の水溶液に調整し、1mol/Lの塩酸で酸処理した。KMをブレンドするとヤング率や破壊強度が高くなり、CMC単独ゲルと比較して破壊強度が3倍大きくなることを見いだした。また、ブレンドするKMの分子サイズがCMC分子鎖との絡み合いと酸処理によるCMCゲルの凝集構造形成に関連していることがわかった。
真壁 岳史*; Prawitwong, P.*; 高橋 亮*; 瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; 瀧上 昭治*
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 33(2), p.471 - 474, 2008/06
多糖類で水溶性グルコマンナンであるコンニャクマンナンは高分子量体であるため、低濃度の希薄水溶液でも高粘度を示す。食品,医療分野等のさまざまな分野に応用するうえで粘度を調整する技術が必要とされている。コンニャクマンナンを低分子量化することにより粘度を調整できるが、その溶液物性が非常に重要である。放射線あるいは酸による分解方法を用いて、その分解生成物の溶液物性について評価した。真空中で線を照射すると、線量増加とともに分子量が低下し、初期分子量110万から10kGy照射で22万に低下した。粘性測定の結果から、高分子量のKMは、疑似塑性流動性を示すような非ニュートン流体であるのに対し、低分子量のKMはニュートン流体に変化した。これは溶液中でコイル構造を形成する限界分子サイズを有することを意味することがわかった。
瀧上 眞知子*; 天田 春代*; 長澤 尚胤; 八木 敏明; 笠原 崇光*; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
Transactions of the Materials Research Society of Japan, 32(3), p.713 - 716, 2007/09
カルボキシメチルセルロース(CMC)は水溶性の高分子であり、10%程度のペースト状態で放射線橋かけし、水に不溶な化学ゲルを調製することができる。CMCと酸とを混練するだけで、これまでの放射線橋かけゲルでは作製できない弾力性のあるCMC弾性ゲルを調製できることを見いだした。この新規ゲルは、(1)CMCと酸水溶液とを混練する、(2)上記(1)に線照射する、(3)CMCのペーストに線照射後に酸水溶液中に浸漬する3つの方法で調製できる。生成直後のゲルの圧縮弾性率は酸の濃度が高くなるのに伴い大きくなり、CMCの置換度、分子量や酸の種類、濃度を変化させ、照射を組合せることにより硬さを広範囲に制御できることを見いだした。CMC弾性ゲルの生成前後のIRスペクトルやEDXの測定結果から、この弾性ゲルは、CMCのカルボキシル基の対イオンとして存在していたNaがHに置換することによりカルボキシル基の解離が押さえられ、CMC分子内あるいは分子間の静電的反発が減少して、CMC分子鎖が凝集してできた物理ゲルであると考えられる。このゲルは、新規で簡便な手法で調製でき、広範囲での応用が期待される。
瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
no journal, ,
カルボキシメチルセルロース(CMC)等の水溶性多糖誘導体が、10%以上のペースト状態で放射線橋かけし、水に不溶な化学ゲルに調製できることを見いだしており、このCMCゲルを乾燥すると、水を400倍吸水する高分子吸水体になる。しかし、この膨潤状態では脆く壊れやすい欠点があり、食品分野での応用も困難である。われわれは、CMCを酸に混練りする法やCMCペーストを酸に浸漬する法により、ゲル化できることを見いだした。このゲルは、CMCの濃度,酸の種類,濃度,pHを変化させることにより、さまざまな硬さを有し、放射線橋かけゲルや架橋剤による化学ゲルと異なり、弾性的な性質を有することも見いだした。放射線橋かけCMCゲルでは50%圧縮すると壊れてしまうが、酸処理したCMCゲルを圧縮しても壊れず、荷重を外すと元の形状に戻り、そのゲル強度は、放射線橋かけCMCゲルの約200倍も大きくなることがわかった。ゲル化のメカニズムは、カルボキシメチル基のナトリウムが水素に置きかわり、水の溶解性が減少して、CMC分子鎖同士が凝集し、水素結合により橋かけしたと考えられる。
瀧上 眞知子*; 廣木 章博; 長澤 尚胤; 笠原 崇光*; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
no journal, ,
最近、カルボキシメチルセルロース(CMC)と酸を混練りすると水素結合の形成により高弾性のCMCゲルが得られることが見いだされた。しかし、保存時間が長期になると強度が低下することが課題であった。そこで本研究では、保存安定性の改善を目的に、線照射により調製したさまざまな分子量のコンニャクグルコマンナン(KM)をCMCと酸の混合物に添加し弾性ゲルを作製し、ゲル強度の保存時間依存性について検討した。まず、KMに線を照射(最大30kGy)することで、Mwが1.9
11.4(10
Da)の照射KMを得た。次に、CMCと照射KMの濃度がそれぞれ9%と1%となるよう塩酸水溶液を加え混練りし、ペースト状試料を調製した。ペースト状試料を円柱状あるいは膜状に成形し、恒温室にて保管することで圧縮試験及び引張試験用の弾性ゲルを得た。KM未添加のCMCゲルのゲル分率は、保管時間の増加に伴い徐々に低下したが、高分子量のKMを加えたCMC/KMゲルでは保管時間の増加に伴いゲル分率は増加することがわかった。また、KM(11.410Da)を添加したCMC/KMゲルの破壊強度は、1.1N/mm
(9日)から2.1N/mm(28日)に増加することがわかった。これは、高分子量のKMほど、CMCの凝集を妨げ、水素結合の形成が徐々に進行するためと考えられる。
瀧上 眞知子*; 廣木 章博; 長澤 尚胤; 笠原 崇光*; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
no journal, ,
Carboxymethyl cellulose (CMC) turns into a gel by forming the hydrogen bonds among CMC molecules when mixed with acid solution. In this study, effects of molecular weight of CMC on the gel fraction, water absorption, and mechanical properties were investigated. CMC with lower molecular weight was prepared by acid hydrolysis at 121C in the autoclave. The molecular weight of CMC decreased with autoclaving time. The obtained CMC in the range of 834 kDa to 326 kDa was mixed with 0.5M citric acid, and then maintained at 30C and 50C to form CMC-acid gel. The gel fraction decreased with decreasing the molecular weight of CMC as the CMC-acid gel was maintained at 30C for 4 days. However, the high gel fraction was exhibited by increasing the heating temperature and time even though the molecular weight of CMC is 326 kDa. The gels with lower gel fraction swelled in water than that with higher gel fraction. The mechanical properties of the CMC-acid gel, such as compression modulus, elongation and breaking strength decreased with decrease of molecular weight of CMC.
瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
no journal, ,
水溶性高分子であるカルボキシメチルセルロースに酸水溶液を混合すると、ゲル化することを見いだした。このゲル化は、カルボキシメチル基のナトリウムが水素に置換され、水素結合による凝集過程により橋かけ構造が形成されるために起こる。酸の種類,濃度,浸漬時間やCMCの濃度を変化させることにより、柔らかいゲルから硬くて弾力性のあるゲルまで調製可能である。このゲルを、磁気共鳴診断(MRI)補助用の医療診断用材料等に応用した。
瀧上 眞知子*; 廣木 章博; 長澤 尚胤; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
no journal, ,
カルボキシメチルセルロース(CMC)と酸を混練りすると水素結合の形成により高弾性のゲルが得られることを見いだしたが、ゲルの保存時間が長期になると強度が低下することが課題であった。そこで本研究では、CMCと酸の混合物に対して、エチレングリコールやプロピレングリコールなどのポリオール類を新たに添加し、弾性ゲルを作製することで、ゲル強度や形状保持性の向上を図った。その結果、ポリオール未添加では1週間程度で強度が低下し形崩れしてしまっていたが、CMC10%,クエン酸0.1Mにプロピレングリコール45%を添加すると、1か月でも強度は低下せず、2年以上経過しても形状を維持していることがわかった。さらに、ポリオールの添加量により吸水力や保水性を制御することができた。また、このようなポリオール添加効果は、CMCの含有量が低いとより顕著に現れることが明らかとなった。
瀧上 眞知子*; 長澤 尚胤; 廣木 章博; 瀧上 昭治*; 玉田 正男
no journal, ,
植物由来の水溶性高分子であるカルボキシメチルセルロース(CMC)は、増粘効果,乳化安定などの理由から、食品,化粧品,繊維などに応用されている。われわれはCMC粉末と酸水溶液とを混合すると、ゲル化することを見いだした。このゲル化メカニズムは、酸処理によりCMC鎖中のカルボキシメチル基のナトリウムが水素に置換され、水素結合に起因した凝集過程を経てゲルが形成していると考えられる。このゲル化の重要な因子は、酸の種類や濃度,浸漬時間,カルボキシメチルセルロースの濃度であり、これらを変化させることにより、応用用途に応じて柔らかいゲルから硬くて弾力性のあるゲルまで調製可能である。このゲルは医療デバイス,介護ケア,食品,化粧品など多岐に渡る応用可能性を秘めている。
