尿素、水酸化ナトリウム、水を溶剤として用い、-12℃まで予冷し、極めて溶解しにくいもの

彼女たちが作った

バイオマス資源の天然高分子材料科學(xué)の基礎(chǔ)と応用研究に力を盡くしてきたチャン?リーナさんのチームは有機(jī)溶剤で加熱溶解する伝統(tǒng)的な方法を突破しました。水システムの低溫溶解高分子の「グリーン」方法と新概念を提出して、綿の短い絨、ショ粕、エビの殻、カニの殻などの農(nóng)業(yè)廃棄物を?qū)g用的価値のある新材料に変えました。

この方法により、廃棄物は快適な布地、分解可能な薄膜、日用品、生物醫(yī)學(xué)材料などに変身することができる。

伝統(tǒng)的な溶解技術(shù)と比べて、セルロースの低溫溶解理論は一體どこにあるのか？紡績業(yè)界への影響はどれほど大きいのか？

-12℃2分で最速溶解速度

「わが國では現(xiàn)在、人工絹糸とガラス紙を生産している接著剤法は、二硫化炭素を大量に使用する必要があり、環(huán)境に深刻な汚染をもたらしています。

新しいセルロース溶媒‐7%の水酸化ナトリウム（NaOH）／12%の尿素水溶液を開発した。

この溶剤は-12℃まで冷卻すると、セルロース（その分子量は1.2×105以下）をすばやく溶解し、溶解時間は2分で、セルロース史上最速の溶解速度に達(dá)する。

変溫FT?IR分光法、動的および靜的光散亂（LLS）、透過型電子顕微鏡（TEM）、X線回折（XRD）、15 N?および13 C?NMRを用いてセルロース溶解過程と低溫溶解機(jī)構(gòu)を調(diào)べた。

張さんは紹介してくれました。

彼らは実験でNaOH水和物がセルロースと水素結(jié)合を形成しやすく，セルロース分子鎖に直接結(jié)合し，尿素を主體としてセルロース‐NaOH客體を包むワーム狀の包合物を形成することを証明した。

この水素結(jié)合によって駆動される大きな分子と溶媒の間の自己集合によって形成された錯體は低溫で高度に安定した狀態(tài)にある。

これにより、セルロースが低溫で溶解するのは溶媒小分子（水酸化ナトリウム、尿素、水）とセルロース大分子の間の動的自己集合によるものであり、これは高分子溶解理論を広げるだけでなく、低溫溶解の新しい概念を提案している。

水システムでは，低溫溶解により化學(xué)物質(zhì)の揮発がないので，これはクリーンな生産過程である。

いろいろなセルロース製品を調(diào)製できます。

低溫溶解後のセルロース溶液はどうやってもっといい応用ができますか？これはおそらく企業(yè)が最も注目している話題です。

張さんと彼女のチームもその実用性について深く研究を展開しました。新型のセルロース糸、セルロース膜、セルロース磁性材料、セルロースヒドロゲルの研究開発に成功しました。

このセルロース溶液を利用して，小型の中試設(shè)備により，新しい再生セルロース糸を紡ぐことに成功した。

円形斷面（天糸に似ている）と滑らかな表面と優(yōu)れた機(jī)械的性質(zhì)を持ち、その抗張強(qiáng)度は商品の接著剤の糸に近くなり、工業(yè)化生産最適化設(shè)備の後、コードレスの強(qiáng)度を大幅に向上させることができます。

張さんは記者にこのような無汚染、低コスト、短い生産サイクルのセルロース糸を再生する新しい方法は、現(xiàn)在の汚染のひどい粘著剤法に取って代わることが期待されています。

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同じように、張さんのチームはこのセルロース溶液で透明膜、蛍光膜、発光膜を作製しました。

彼女はセルロース水系の親和性に基づいて、アルカリ土類アルミニウム塩などの発光無機(jī)粒子がセルロース水溶液中に均等に分散できると述べた。

また、膜が成形された後、この無機(jī)ナノ粒子はセルロース基板にしっかりと埋め込まれて発光膜を形成し、日光に10分間照射した後、暗い中で10時間光を放出する有望な情報材料である。

これらの透明膜と蛍光膜は土壌中で完全に生物分解できます。未來も環(huán)境保護(hù)の包裝と特殊包裝材料として使えます。

「分子量と溫度に対するセルロース溶解度の依存性に基づいて，ナノセルロースウイスカ増強(qiáng)の再生セルロース膜も作製した。

この膜の強(qiáng)度は157 MPaまでであり，生物分解性も良好である。

張さんは補(bǔ)充しました。

濕潤狀態(tài)におけるセルロース糸または膜の多孔質(zhì)構(gòu)造を用いて，張麗娜のチームは，マイクロナノ細(xì)孔をその場で無機(jī)磁性ナノ材料を合成する新しい方法を作成した。

濕式セルロース糸において酸化鉄ナノ粒子を含む磁性繊維をその場合成により作製した。

この磁性セルロース糸は優(yōu)れた機(jī)械的性質(zhì)、紫外線吸収能力、超常磁性を持っています。

特に600℃でこのような磁気セルロース糸を仮焼した後、純酸化鉄繊維狀のナノ材料を作ることができます。その優(yōu)れた電気化學(xué)活性と高い放出電力能力のため、酸化鉄繊維狀のナノ材料は電気、磁気機(jī)能材料の分野で機(jī)能します。

また、セルロースチェーンは半剛性の特徴があり、「ゲル穴の壁として利用し、高強(qiáng)度、大きな穴のセルロースヒドロゲルを構(gòu)築します。

セルロースとカルボキシメチルセルロースから作製した大きなオリフィスヒドロゲルの吸水能力は1000倍にも達(dá)し，自身は良好な形狀を維持することができた。このヒドロゲルは溶液によって異なる膨潤比を示し，同様にスマート挙動を持つことができる。

張さんはこれらの新しい種類のセルロース製品を詳しく紹介しました。

工業(yè)化実験をして市場に出す

低溫溶解技術(shù)の広範(fàn)囲の応用について、第二回國際セルロース會議主席、日本東京大學(xué)教授S.Kugaは「最も工業(yè)化しやすい生産技術(shù)」と評価しています。

張さんの紹介によると、セルロースの低溫溶解技術(shù)は工業(yè)化試験を行っています。その中、湖北化繊集団有限公司はすでにセルロース溶液を長い糸から紡ぎ出しました。その後、彼らは江蘇海安申菱電器公司と協(xié)力してこのプロジェクトの初歩的な工業(yè)化試験の結(jié)果を得ました。

中國工程院の関連院士の提案のもとで、張さんのチームは今唐山三友化繊株式會社と協(xié)力して、この先進(jìn)技術(shù)を最終的に市場に押し上げることを期待しています。

この技術(shù)の応用コストについては、「その価格は粘膠糸のコストをやや下回り、紡績企業(yè)に対しては新しい技術(shù)とコストの投入にも過多な要求がない」と述べた。

張さんは「NaOH/尿素水溶剤の中で、セルロースの低溫溶解技術(shù)自體の応用コストは低いというべきで、今後は繊維企業(yè)の応用によってコストをどのようにコントロールするかは、企業(yè)の具體的な狀況によって決まる」と答えています。

セルロースの低溫溶解技術(shù)は炭素が低く、環(huán)境にもやさしいし、価格も安いので、市場の將來性については、張さんは非常に楽観的です。

これは紡績業(yè)の技術(shù)革命を推進(jìn)する新しい技術(shù)だけではなく、更に中國の紡績業(yè)界が「第12次5か年」の期間に省エネ?排出削減を?qū)g現(xiàn)し、産業(yè)発展を向上させるためのノックレンガの一つである。