綿は高純度celluloseからできた優れた天然繊維ですが、水・農地・農薬など生産資源も必要です。2024年の Scientific Reports 研究は、anionic cellulose nanofibrils（CNF）とcationic cellulose nanocrystals（CNC）を組み合わせ、湿潤状態でも強度を保つall-cellulose filamentを作りました。
狙いはcellulose同士のhydrogen bondingを取り戻すこと
nanocelluloseを化学処理すると表面chargeが増え、分散しやすくなる一方、粒子同士が近づきにくくなってnative celluloseの強いhydrogen bondingを再構築しにくくなります。
研究では低surface chargeのcationic CNCとanionic CNFを組み合わせ、long-range electrostatic interactionとshort-range hydrogen bondingを両立させました。
un-optimized spinningでもwet strengthを維持した
研究者らは、最終製品を最適化するというより、材料そのもののintrinsic propertyを見るためにun-optimized spinningを実施しました。
得られたfiberは乾燥時だけでなくwet conditionでもmechanical strengthを保ち、従来の強く帯電したnanocellulose fiberで問題になりやすい湿潤強度低下を抑えました。
論文タイトルの“cotton-quality”は、このwet strengthやcellulose-I的な構造特性を指す研究上の表現です。この段階で綿と同じ衣料性能・風合い・量産コストが実証されたわけではありません。
「木材を綿に置き換えた」技術ではまだない
cellulose feedstockはwood pulpを含む多様なbiomassから得られますが、研究はlaboratory-scale filamentです。spinning throughput、長尺化、yarn化、染色、耐洗濯性、energy・chemical footprint、costを評価して初めてtextile replacementとして比較できます。
それでも、celluloseを溶解・再生するだけでなく、nanocelluloseの界面chargeを設計してnative-like bondingを回復するという材料設計は、次世代cellulose textileの重要な方向性です。
関連するテーマとして、リグニンとセルロースだけで木材を3D印刷――200 µm DIWとhot-pressでbalsa超えの曲げ性能もあわせて読むと背景がつながります。
関連するテーマとして、ココナツmat＋geopolymerで熱伝導率41%低下――植物繊維を挟むlayered断熱panelもあわせて読むと背景がつながります。
関連するテーマとして、キトサン＋アロエ＋シナモンで抗菌cotton――bioactive coatingと20日soil biodegradation試験もあわせて読むと背景がつながります。
参考文献
- Jaekel EE et al. Cotton-quality fibers from complexation between anionic and cationic cellulose nanoparticles. Scientific Reports. 2024;14:18406. https://doi.org/10.1038/s41598-024-69346-y
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