水系の低温溶解セルロースは2分間しかかかりません。

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学の基礎と応用研究に力を尽くしてきたチャン・リーナさんのチームは有機溶剤で加熱溶解する伝統的な方法を突破しました。水システムの低温溶解高分子の「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、カニの殻などの農業廃棄物を実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、生物医学材料などに変身することができる。

伝統的な溶解技術と比べて、セルロースの低温溶解理論は一体どこにあるのか？紡績業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

「わが国では現在、人工絹糸とガラス紙を生産している接着剤法は、二硫化炭素を大量に使用する必要があり、環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℃まで冷却すると、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する。

変温FT−IR分光法、動的および静的光散乱（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温溶解機構を調べた。

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合を形成しやすく，セルロース分子鎖に直接結合し，尿素を主体としてセルロース‐NaOH客体を包むワーム状の包合物を形成することを証明した。

この水素結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体は低温で高度に安定した状態にある。

これにより、セルロースが低温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、低温溶解の新しい概念を提案している。

水システムでは，低温溶解により化学物質の揮発がないので，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製できます。

低温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。

円形断面（天糸に似ている）と滑らかな表面と優れた機械的性質を持ち、その抗張強度は商品の接着剤の糸に近くなり、工業化生産最適化設備の後、コードレスの強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、現在の汚染のひどい粘着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。未来も環境保護の包装と特殊包装材料として使えます。

「分子量と温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の再生セルロース膜も作製した。

この膜の強度は157 MPaまでであり，生物分解性も良好である。

張さんは補充しました。

湿潤状態におけるセルロース糸または膜の多孔質構造を用いて，張麗娜のチームは，マイクロナノ細孔をその場で無機磁性ナノ材料を合成する新しい方法を作成した。

湿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れた機械的性質、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、純酸化鉄繊維状のナノ材料を作ることができます。その優れた電気化学活性と高い放出電力能力のため、酸化鉄繊維状のナノ材料は電気、磁気機能材料の分野で機能します。

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、高強度、大きな穴のセルロースヒドロゲルを構築します。

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倍にも達し，自身は良好な形状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。

工業化実験をして市場に出す

低温溶解技術の広範囲の応用について、第二回国際セルロース会議主席、日本東京大学教授S.Kugaは「最も工業化しやすい生産技術」と評価しています。

張さんの紹介によると、セルロースの低温溶解技術は工業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力してこのプロジェクトの初歩的な工業化試験の結果を得ました。

中国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会社と協力して、この先進技術を最終的に市場に押し上げることを期待しています。

この技術の応用コストについては、「その価格は粘胶糸のコストをやや下回り、紡績企業に対しては新しい技術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、セルロースの低温溶解技術自体の応用コストは低いというべきで、今後は繊維企業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、企業の具体的な状況によって決まる」と答えています。

セルロースの低温溶解技術は炭素が低く、環境にもやさしいし、価格も安いので、市場の将来性については、張さんは非常に楽観的です。

これは紡績業の技術革命を推進する新しい技術だけではなく、更に中国の紡績業界が「第12次5か年」の期間に省エネ・排出削減を実現し、産業発展を向上させるためのノックレンガの一つである。