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ナノセルロースとは、少なくとも 1 つの次元がナノスケールであるセルロース材料のグループを指す用語です。ナノセルロース材料の例には、ミクロフィブリル化セルロース、セルロースナノファイバー、セルロースナノクリスタルなどがあります。ナノセルロースは、さまざまな製造プロセスを通じて天然セルロース繊維から得られます。この材料グループは、幅広い潜在的用途に適した興味深い特性を備えています。
用語
ミクロ繊維セルロース
マイクロセルロース（MFC）は、ナノスケールとミクロンスケールの粒子の混合物を含むため、セルロースナノファイバーやナノクリスタルよりも不均一なナノセルロースの一種です。この用語は、セルロースナノファイバーを指すために誤って使用されることがあります。[1] [2]
セルロースナノファイバー
セルロースナノファイバー（CNF）は、ナノフィブリル化セルロース（NFC）とも呼ばれ、高アスペクト比（長さと幅の比）を持つナノサイズのセルロース原繊維です。典型的な原繊維の幅は5～20ナノメートルで、長さは幅広く、通常は数マイクロメートルです。
天然セルロース（一般的には木材パルプ）から高圧、高温、高速衝撃均質化、粉砕、またはマイクロ流動化（下記製造方法参照）によってフィブリルを分離することができる。 [3] [4] [5]
セルロースナノ結晶
セルロースナノクリスタル（CNC）またはナノ結晶セルロース（NCC）は、結晶性の高い棒状のナノ粒子です。[6] [7]これらは通常、負に帯電した基で覆われており、水中でコロイド状に安定しています。通常、CNFよりも短く、典型的な長さは100〜1000ナノメートルです。[8]
バクテリアナノセルロース
セルロースを生成する細菌の中には、ナノセルロース材料の製造に使用されているものもあり、これらはバクテリアナノセルロースと呼ばれています。[9]最も一般的な例は、Medusomyces gisevii （紅茶キノコの製造に関与する細菌）とKomagataeibacter xylinus （ナタデココの製造に関与する細菌）です。詳細については、バクテリアセルロースを参照してください。この命名の違いは、これらの材料が、木材や綿のセルロースで作られたより伝統的な材料と比較して、非常に特殊な形態をしていることに起因している可能性があります。実際には、バクテリアナノセルロース材料は、木材や綿の対応する材料よりも大きいことがよくあります。
歴史
ナノセルロース材料の発見は、1940 年代後半のセルロース繊維の加水分解に関する研究にまで遡ります。 [2]最終的に、セルロースの加水分解は繊維の不規則な結晶間部分で優先的に起こるようだということが判明しました。[10]これにより、コロイド的に安定した結晶性の高いナノロッド粒子が得られました。[11] [12] [13]これらの粒子は最初はミセルと呼ばれていましたが、その後、セルロースナノクリスタル(CNC)、ナノ結晶セルロース(NCC)、セルロース (ナノ) ウィスカーなど、複数の名前が付けられましたが、この最後の用語は現在はあまり使用されていません。[2]その後、 OA Battistaによる研究では、より穏やかな加水分解条件では、結晶性ナノロッドはミクロンサイズの物体として凝集したままであることが示されました。[14] [15]この材料は後に微結晶セルロース(MCC)と呼ばれ、 FMC Corporationによって Avicel という名前で商品化されました。[16]
ミクロフィブリル化セルロース（MFC）は、1980年代にワシントン州シェルトンのITTレイヨニア研究所でターバック、スナイダー、サンドバーグによって発見されました。[17] [18] [19]この用語は、木材パルプをガウリンタイプのミルクホモジナイザーに高温高圧で通し、続いて硬い表面に押し出して衝撃を与えることで調製されたゲル状物質を説明するために使用されました。後の研究では、ウィッパニーにあるITTレイヨニア東部研究部門（ERD）研究所のFWヘリックも、ゲルの乾燥粉末形態を作成する研究を発表しました。[20] [19]レイヨニアは企業としてスケールアップを追求することはなく、セルロースのこの新しい用途を追求したい人に自由なライセンスを与えました。 [要出典]むしろ、ターバックらは、セルロースのこの新しい用途を追求したい人にスケールアップを追求することを決定しました。 1)食品、化粧品、製紙、繊維、不織布などの増粘剤やバインダーとしての使用を含むMFCの新たな用途の発見、2)MFC製造のエネルギー要件を下げるための膨潤およびその他の技術の評価を追求した。[21] MFCの最初のMFCパイロット生産工場は、2010年にInnventia AB（スウェーデン）によって設立されました。[22]
製造
セルロース源
ナノセルロース材料は、木材、綿、農業[23]または家庭廃棄物[24] 、 藻類[25] 、細菌または尾索動物を含むあらゆる天然セルロース源から製造することができます。木材パルプの形の木材は現在、ナノセルロース材料の工業生産に最も一般的に使用されている出発材料です。
ナノセルロース繊維
ナノセルロース繊維（MFC および CNF）は、セルロース繊維を高せん断力にさらしてナノ繊維に剥離する機械的方法を使用してセルロース繊維から分離することができます。この目的のために、高圧ホモジナイザー、グラインダー、またはマイクロフルイダイザーを使用できます。[引用が必要]このプロセスは非常に大量のエネルギーを消費し、30 MWh/トンを超える値も珍しくありません。[引用が必要]
この問題に対処するために、酵素的/機械的前処理や、カルボキシメチル化やTEMPO媒介酸化などによる荷電基の導入が行われることがあります。[26]これらの前処理により、エネルギー消費を1 MWh/トン未満に削減できます。[要出典]「ニトロ酸化」は、生の植物バイオマスから直接カルボキシセルロースナノファイバーを調製するために開発されました。ナノセルロースを抽出するための処理ステップが少ないため、ニトロ酸化法は、費用対効果が高く、化学的指向が少なく、カルボキシセルロースナノファイバーを抽出するための効率的な方法であることがわかりました。[27] [28]ニトロ酸化を使用して得られた機能化ナノファイバーは、鉛、[29] カドミウム、[30]ウランなどの重金属イオン不純物を除去するための優れた基質であることがわかりました。[31]
綿リンターからナノセルロースを製造する化学機械プロセスは、1日あたり10kgの生産能力で実証されている。[32]
セルロースナノ結晶
セルロースナノクリスタル（CNC）は、天然セルロース繊維の酸加水分解によって形成され、最も一般的には硫酸または塩酸が使用されます。天然セルロースの無秩序な部分は加水分解され、慎重なタイミングの後、残りの結晶部分は遠心分離と水に対する透析によって酸性溶液から回収できます。最終的な寸法は、セルロースの供給源、その履歴、加水分解条件、および精製手順によって異なります。[33] CNCは、さまざまな供給源とプロセスを使用するさまざまな企業によって商品化されており、さまざまな製品が利用可能です。[34] [35]
その他のセルロース系ナノ粒子
硝酸-リン酸処理によって調製された球形のカルボキシセルロースナノ粒子は、非イオン性の形で分散状態で安定している。[36]
構造と特性
寸法と結晶度
さまざまな原料から得られるナノセルロースの超微細構造は、広範囲に研究されてきました。透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型電子顕微鏡(SEM)、原子間力顕微鏡(AFM)、広角 X 線散乱(WAXS)、小入射角 X 線回折、固体13 C 交差分極マジック角回転(CP/MAS)、核磁気共鳴(NMR)、分光法などの技術が、典型的な乾燥ナノセルロースの形態を特徴付けるために使用されてきました。[引用が必要]
顕微鏡技術と画像解析を組み合わせることで、フィブリルの幅に関する情報を得ることができますが、絡み合いや個々のナノフィブリルの両端を識別するのが難しいため、フィブリルの長さを決定することはより困難です。[37] [38] [ページが必要]また、ナノセルロース懸濁液は均質ではない可能性があり、セルロースナノフィブリルやナノフィブリル束などのさまざまな構造成分で構成されている可能性があります。[39]
酵素処理したナノセルロース繊維の懸濁液の研究では、クライオ TEM を使用してサイズとサイズ分布が確立されました。繊維は、ほとんどが直径約 5 nm で単分散していることがわかりましたが、時折、より厚い繊維束も存在しました。[40]超音波処理と「酸化前処理」を組み合わせることで、横方向の寸法が 1 nm 未満のセルロースミクロ繊維が AFM で観察されました。厚さ寸法の下限は約 0.4 nm で、これはセルロース単層シートの厚さに相当します。[41]
凝集体の幅は、スウェーデンのInnventia ABが開発したCP/MAS NMRで測定できます。この方法は、ナノセルロース（酵素前処理）でも機能することが実証されています。NMR法では平均幅17 nmが測定されており、SEMおよびTEMとよく一致しています。TEMを使用した場合、カルボキシメチル化パルプのナノセルロースでは15 nmという値が報告されています。ただし、より細いフィブリルも検出されます。Wågbergらは、電荷密度が約0.5 meq./gのナノセルロースのフィブリル幅は5～15 nmであると報告しました。[42] Isogaiらのグループは、電荷密度が1.5 meq./gのTEMPO酸化セルロースのフィブリル幅は3～5 nmであると報告しました。[43]
パルプの化学はナノセルロースの微細構造に大きな影響を与えます。カルボキシメチル化によりフィブリル表面の荷電基の数が増加し、フィブリルが解放されやすくなり、フィブリル幅が10～30 nmの酵素前処理ナノセルロースと比較して、より小さく均一なフィブリル幅（5～15 nm）が得られます。[44]ナノセルロースの結晶度と結晶構造。ナノセルロースはセルロース結晶I組織を示し、結晶度はナノセルロースの調製によって変化しません。結晶度の典型的な値は約63％でした。[44]
粘度
ナノセルロース分散液のレオロジーが調査されている。[45] [40]および、0.125% から 5.9% までのすべてのナノセルロース濃度において、貯蔵弾性率と損失弾性率は角周波数に依存しないことが明らかになった。貯蔵弾性率の値は、CNC の結果 (3% 濃度で 102 Pa) と比較して特に高く (3% 濃度で 104 Pa) [40]なっている。 [45]また、濃度が 0.125% から 5.9% に増加すると貯蔵弾性率が 5 桁増加するため、濃度依存性も強い。ナノセルロースゲルは、せん断減粘性も高い (せん断力の導入により粘度が失われる)。せん断減粘性挙動は、さまざまなコーティング用途で特に有用である。[40]
これは擬似塑性であり、チキソトロピーを示します。チキソトロピーとは、通常の状態では濃厚（粘性）ですが、振ったりかき混ぜたりすると粘性が低くなる特定のゲルまたは流体の特性です。せん断力が除去されると、ゲルは元の状態にほぼ戻ります。
機械的性質
結晶性セルロースの剛性は約 140～220 GPa で、ケブラー繊維に匹敵し、ガラス繊維よりも優れています。これらはどちらもプラスチックの強化に商業的に使用されています。ナノセルロースから作られたフィルムは、高強度 (200 MPa以上)、高剛性 (約 20 GPa ) [46]ですが、高ひずみ[明確化が必要] (12%) がありません。その強度/重量比はステンレス鋼の 8 倍です。[47]ナノセルロースから作られた繊維は、高強度 (最大 1.57 GPa) と高剛性 (最大 86 GPa) を備えています。[48]
バリア特性
半結晶性ポリマーでは、結晶領域はガス不透過性であると考えられている。比較的高い結晶性のため、[44]ナノファイバーが強い繊維間結合（高い凝集エネルギー密度）によって密なネットワークを形成する能力と相まって、ナノセルロースはバリア材料として機能する可能性があることが示唆されている。[43] [49] [50]報告された酸素透過性の値の数は限られているが、報告ではナノセルロースフィルムに高い酸素バリア特性があるとされている。ある研究では、約 5 μm の薄いナノセルロースフィルムの酸素透過性が 23 °C、0% RH で0.0006 (cm 3 μm)/(m 2 day kPa) であると報告されている。 [49]関連する研究では、ポリ乳酸（PLA）フィルムの表面にナノセルロース層を追加すると、PLA フィルムの酸素透過性が 700 倍以上減少することが報告されている。[43]
ナノセルロースフィルムの密度と多孔性がフィルムの酸素透過性に及ぼす影響が研究されてきた。[51]一部の研究者はナノセルロースフィルムに大きな多孔性があると報告しているが[52] [46] [53]、これは高い酸素バリア特性と矛盾しているように思われる。一方、Aulinら[49]はナノセルロースフィルムの密度を結晶性セルロース（セルロースIβ結晶構造、1.63 g/cm 3）の密度に近い値と測定し[54]、多孔性がゼロに近い非常に緻密なフィルムであることを示す。
セルロースナノ粒子の表面官能基を変えると、ナノセルロースフィルムの透過性にも影響を与える可能性があります。負に帯電したCNCで構成されたフィルムは、負に帯電したイオンの透過を効果的に減らすことができますが、中性イオンにはほとんど影響がありません。正に帯電したイオンは膜に蓄積することが分かりました。[55]
マルチパラメトリック表面プラズモン共鳴は、天然、改質、コーティングされたナノセルロースのバリア特性を研究する方法の1つです。さまざまな防汚、水分、溶媒、抗菌バリア処方の品質をナノスケールで測定できます。吸着速度と膨潤度はリアルタイムでラベルフリーで測定できます。[56] [57]
液晶、コロイドガラス、ハイドロゲル
ナノセルロース（主に剛性CNC）は、異方性形状と表面電荷のため、排除体積が大きく、臨界体積分率を超えるとコレステリック液晶に自己組織化します。 [58]ナノセルロース液晶は、粒子レベルで右ねじれのため左利きです。[59]ナノセルロースの相挙動は、イオン電荷遮蔽の影響を受けやすいです。イオン強度の増加は、ナノセルロース分散液の吸着ガラスへの停止を引き起こします。[60]イオン強度がさらに増加すると、ナノセルロースは凝集してハイドロゲルになります。[61]ナノセルロース内の相互作用は弱く可逆的であるため、ナノセルロース懸濁液とハイドロゲルは自己修復性があり、注入材料[62]または3D印刷インクとして適用できます。 [63]
バルクフォームとエアロゲル
ナノセルロースは、均質または複合配合でエアロゲル/フォームの製造にも使用できます。ナノセルロースベースのフォームは、ポリスチレンベースのフォームを置き換えるために、包装用途で研究されています。Svaganらは、ナノセルロースが凍結乾燥技術を使用してデンプンフォームを強化する能力があることを示しました。 [64]木材ベースのパルプ繊維の代わりにナノセルロースを使用する利点は、ナノフィブリルがデンプンフォームの薄いセルを強化できることです。さらに、さまざまな凍結乾燥および超臨界COを適用して純粋なナノセルロースエアロゲルを調製することができます。
2乾燥技術。エアロゲルとフォームは多孔質テンプレートとして使用できます。[65] [66]セルロース I ナノフィブリル懸濁液から調製された強靭な超高多孔性フォームが Sehaqui らによって研究されました。フォーム内の密度とナノフィブリルの相互作用を制御することで、圧縮を含む幅広い機械的特性が得られました。[67] CNC は、低出力超音波処理下で水中でゲル化することもでき、セルロースエアロゲルの中で報告されている表面積が最も高く (>600 m2/g)、乾燥中の収縮率が最も低い (6.5%) エアロゲルが生成されます。[66] Aulin らによる別の研究[68]では、凍結乾燥によるナノセルロースの構造化多孔質エアロゲルの形成が実証されました。エアロゲルの密度と表面テクスチャは、凍結乾燥前のナノセルロース分散液の濃度を選択することにより調整されました。フッ素化シランの化学蒸着法を用いてエアロゲルを均一にコーティングし、非極性液体/油に対する濡れ性を調整した。著者らは、凍結乾燥法とナノセルロース分散液の濃度変化によって作り出される異なるスケールの粗さと多孔度を使用して、セルロース表面の濡れ挙動を超濡れ性と超撥水性の間で切り替えることが可能であることを実証した。しかし、構造化された多孔質セルロースフォームは、比較的大量のナノフィブリルが内部に分散したセルロース繊維の開放多孔質ネットワークを生合成する細菌のグルコノバクター株によって生成されたセルロースに対して凍結乾燥法を利用することによっても得られる。オルソンら[69]は、これらのネットワークに金属水酸化物/酸化物前駆体をさらに含浸させることができ、それがセルロースナノファイバーに沿ってグラフトされた磁性ナノ粒子に容易に変換できることを実証した。磁性セルロースフォームは、ナノセルロースの数多くの新しい用途を可能にする可能性があり、60 mg のセルロースエアロゲルフォーム内で 1 グラムの水を吸収する初の遠隔作動型磁性スーパースポンジが報告されました。特に、これらの高度に多孔質のフォーム (>98% 空気) は、強力な磁性ナノペーパーに圧縮することができ、さまざまな用途で機能膜として使用できる可能性があります。
ピカリングエマルジョンとフォーム
ナノセルロースはピカリング機構によってエマルジョンや泡を安定化させることができる。すなわち、ナノセルロースは油水界面または空気水界面に吸着し、エネルギー的に不利な接触を防ぐ。ナノセルロースは、4～10μmの液滴サイズを持つ水中油型エマルジョンを形成し、数か月間安定しており、高温やpHの変化に耐えることができる。[70] [71]ナノセルロースは油水界面張力を低下させ[72] 、その表面電荷がエマルジョン液滴内に静電反発を引き起こす。塩誘導電荷スクリーニングにより、液滴は凝集するが合体せず、強力な立体安定化を示している。[73]エマルジョン液滴はヒトの胃の中でも安定したままで、胃の脂肪分解に抵抗し、それによって脂質の吸収と満腹感を遅らせます。[74] [75]エマルジョンとは対照的に、天然ナノセルロースは一般に泡のピカリング安定化には適していません。これは主に親水性の表面特性が原因で、 90°未満の接触角が不利になるためです（水相で濡れることが好ましい）。[76]疎水性表面改質またはポリマーグラフトを使用すると、ナノセルロースの表面疎水性と接触角を高めることができ、泡のピカリング安定化も可能になります。[77]表面疎水性をさらに高めることで、逆油中水型エマルジョンが得られ、接触角が90°を超えます。[78] [79]さらに、ナノセルロースは、2つの互換性のない水溶性ポリマーが存在する場合でも、水中水型エマルジョンを安定化できることが実証されました。[80]
セルロースナノファイバープレート
ボトムアップアプローチは、低密度、高強度、高靭性、優れた熱寸法安定性を備えた高性能バルク材料、セルロースナノファイバープレート（CNFP）を作成するために使用できます。セルロースナノファイバーハイドロゲルは生合成によって作成されます。次に、ハイドロゲルをポリマー溶液で処理するか、表面改質して、80℃でホットプレスします。その結果、優れた機械加工性を備えたバルク材料が得られます。「CNFPの超微細ナノファイバーネットワーク構造により、より広範な水素結合、高い面内配向、およびミクロフィブリルネットワークの「3方向分岐点」が得られます。」[81]この構造により、応力が分散され、亀裂の形成と伝播に対する障壁が追加され、CNFPに高い強度がもたらされます。この構造の弱点は、圧縮された層間の結合であり、剥離につながる可能性があります。剥離を減らすために、ハイドロゲルをケイ酸で処理すると、ホットプレス中に層間に強力な共有架橋が形成されます。[81]
表面改質
ナノセルロースの表面改質は現在大きな注目を集めている。[82]ナノセルロースは、反応可能な高濃度のヒドロキシル基を表面に有する。しかし、水素結合は表面ヒドロキシル基の反応性に強く影響する。さらに、異なるバッチ間で許容できる再現性を得るためには、ナノセルロースの表面にあるグルコシドやリグニン断片などの不純物を表面改質の前に除去する必要がある。[83]
安全面
ナノセルロースの加工では、摩擦粉砕や噴霧乾燥の際に微粒子に著しくさらされることはない。ナノセルロースへの曝露後、マウスやヒトのマクロファージに対する炎症作用や細胞毒性の証拠は観察されていない。毒性研究の結果は、ナノセルロースは細胞毒性がなく、マクロファージの炎症系に何ら影響を与えないことを示唆している。さらに、ナノセルロースは環境に関連する濃度ではビブリオ・フィシェリに対して急性毒性を示さない。[84]
ナノセルロースを含む経口食品や医薬品製剤に関する研究が強化されているにもかかわらず、ナノセルロースは一般的に安全であるとは認識されていません。ナノセルロースは、試験管内腸上皮[85] [86] [87]または動物モデルにおいて、限られた毒性と酸化ストレスを示すことが実証されています。[88] [89] [90]
潜在的な用途
ナノセルロースの特性（例えば、機械的特性、フィルム形成特性、粘度など）は、多くの用途にとって興味深い材料となっています。[91]
紙および板紙
紙および板紙製造の分野では、ナノセルロースは繊維間の結合強度を高め、紙材料を強力に強化すると期待されています。[94] [95] [96]ナノセルロースは、耐油性の紙のバリアとして、また、汎用紙および板紙製品の保持力、乾燥強度、湿潤強度を高めるウェットエンド添加剤として有用である可能性があります。[97] [98] [99] [100]紙および板紙の表面にコーティング材として CNF を塗布すると、バリア特性、特に空気抵抗[101]と耐油性[101]が向上することが示されています。 [102 ] [97]また、板紙の構造特性（より滑らかな表面）も向上します。[103]低固形分での MFC/CNF 懸濁液の粘度が非常に高いため、紙/板紙にこれらの懸濁液を塗布するために使用できるコーティング技術の種類が制限されます。紙/板紙へのMFC表面塗布に利用されるコーティング方法には、ロッドコーティング、[98]、サイズプレス、[102]、スプレーコーティング、[104]、フォームコーティング[105]、スロットダイコーティング[101]などがあります。板紙のバリア性、機械特性、印刷特性を向上させるために、鉱物顔料とMFC混合物をウェットエンドで表面塗布する方法も研究されています。[106]
ナノセルロースは、柔軟で光学的に透明な紙の製造に使用できます。このような紙は、リサイクル可能で、生物と適合し、容易に生分解されるため、電子機器の魅力的な基板です。[93]
複合
上述のように、ナノセルロースの特性はプラスチックの強化に興味深い材料となる。ナノセルロースは、クモの糸よりも強くて硬いフィラメントに紡ぐことができる。[48] [107]ナノセルロースは、熱硬化性樹脂、デンプンベースのマトリックス、大豆タンパク質、ゴムラテックス、ポリ乳酸の機械的特性を改善することが報告されている。ハイブリッドセルロースナノフィブリル粘土鉱物複合材料は、興味深い機械的特性、ガスバリア性、難燃性を示す。[108]複合材料の用途としては、コーティングやフィルム、 [109]塗料、フォーム、包装材などが挙げられる。
食べ物
ナノセルロースは、さまざまな食品の増粘剤、香味剤、懸濁安定剤として使用される炭水化物添加物の低カロリー代替品として使用できます。[110]フィリング、クラッシュ、チップ、ウェーハ、スープ、グレービー、プリンなどの製造に役立ちます。食品への応用は、ナノセルロースゲルのレオロジー挙動から生まれます。
衛生用品および吸収性製品
この分野での用途としては、超吸水性材料（失禁パッド材料など）、超吸収性ポリマーと一緒に使用されるナノセルロース、組織、不織布製品、吸収構造におけるナノセルロース、抗菌フィルムなどがあります。[要出典]
エマルジョンと分散
ナノセルロースは、他の分野における乳化分散液の応用全般において潜在的な用途がある。[111] [112]
医療、化粧品、医薬品
ナノセルロースを化粧品や医薬品に使用することが提案されています。
- 生理用ナプキン、タンポン、おむつ、または創傷被覆材として使用される凍結乾燥ナノセルロースエアロゲル
- ナノセルロースを化粧品の複合コーティング剤として使用（例：髪、まつ毛、眉毛、爪）
- 腸疾患の治療のための錠剤形態の乾燥固体ナノセルロース組成物
- 生物学的化合物および生物学的化合物をコードする核酸のスクリーニングのためのナノセルロースフィルム
- 白血球を含まない輸血用のナノセルロースを部分的にベースとしたフィルター媒体
- ナノセルロースとポリヒドロキシ化有機化合物を含む頬歯用製剤
- 粉末ナノセルロースは医薬品組成物の賦形剤としても提案されている。
- 光反応性有害物質除去剤の組成物中のナノセルロース
- バイオメディカルおよびバイオテクノロジーへの応用が期待される弾性クライオ構造ゲル[113]
- 3D細胞培養用マトリックス
バイオベースのエレクトロニクスとエネルギー貯蔵
ナノセルロースは、新しいタイプの「バイオベースエレクトロニクス」への道を開くことができます。そこでは、インタラクティブな材料をナノセルロースと混合して、新しいインタラクティブな繊維、フィルム、エアロゲル、ハイドロゲル、紙を作成できます。[114]たとえば、PEDOT:PSSなどの導電性ポリマーと混合したナノセルロースは相乗効果を示し、並外れた[115]電子伝導性とイオン伝導性の混合をもたらします。これは、エネルギー貯蔵アプリケーションにとって重要です。ナノセルロースとカーボンナノチューブの混合物から紡がれたフィラメントは、優れた伝導性と機械的特性を示します。[116]カーボンナノチューブで装飾されたナノセルロースエアロゲルは、堅牢で圧縮可能な3Dスーパーキャパシタデバイスに構築できます。[117] [118]ナノセルロースの構造は、バイオベースの 摩擦電気 発電機[119]やセンサーに変えることができます。
2013年4月、藻類によるナノセルロース生産の画期的進歩が、アメリカ化学会の会議で発表された。講演者は、この分野で40年以上研究の先駆者であり、アメリカ化学会の会議の一環である第1回ナノセルロース国際シンポジウムで講演したR.マルコム・ブラウン・ジュニア博士である。酢、紅茶キノコ、ナタデココを生成する細菌ファミリーの遺伝子が、藻類を「奇跡の素材」ナノセルロースを生産するための太陽光発電工場に変えるプロジェクト（科学者によると、このプロジェクトは既に最終段階に達している）の主役となった。[9]
バイオベースの着色材料
セルロースナノ結晶は、角度に依存した虹彩色を持つキラルネマチック構造[120]に自己組織化する可能性を示しています。これにより、化石ベースの代替品と比較して、金属光沢があり設置面積が小さいスパンコールなどの完全にバイオベースの顔料やグリッター、フィルムを製造することができます。
その他の潜在的な用途
- 超白色コーティング用の高散乱材料として[121]
- さまざまな溶媒中でのセルロースの溶解を活性化する
- 再生セルロース製品（繊維フィルム、セルロース誘導体など）
- タバコフィルター添加剤
- 電池セパレーターにおける有機金属修飾ナノセルロース
- 導電性材料の強化
- スピーカー膜
- 高流量膜
- コンピュータ部品[47] [122]
- コンデンサ[118]
- 軽量ボディーアーマーと防弾ガラス[47]
- 腐食抑制剤[123] [124]
- ラジオレンズ[125]
関連資料
ナノキチンは、そのナノ構造がセルロースナノクリスタルに似ていますが、キチンから抽出されます。
参照
参考文献
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