JP6004333B2 - Method for obtaining stress-strain relationship of cellulose hydrogel - Google Patents
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Description
本発明はセルロースハイドロゲルの応力歪関係を取得する方法に関する。 The present invention relates to a method for obtaining a stress-strain relationship of cellulose hydrogel.
セルロースハイドロゲルはコリコリとした独特の食感から食品として利用されている。またセルロースハイドロゲルは弾力を持ち機械的強度にも優れること等から工業用材料としての利用も期待されている。これらの応用に際してはセルロースハイドロゲルの特性を正確に評価することが求められている。従来の評価方法として、セルロースを破断してその粘弾性を調べる方法が知られている。しかしながら、この方法では、繊維をブレンダーなどで離解するためにゲルとしての全体の特性を評価することはできなかった。また、特許文献1(特開2005−211353)には一定速度でゲルを変形させ(歪を増加し)、その際に発生する応力を測定して、ゲル全体の特性を評価する方法が開示されている。 Cellulose hydrogel is used as a food because of its unique texture. Cellulose hydrogel is also expected to be used as an industrial material because it has elasticity and excellent mechanical strength. In these applications, it is required to accurately evaluate the characteristics of cellulose hydrogel. As a conventional evaluation method, a method of breaking cellulose and examining its viscoelasticity is known. However, according to this method, it was not possible to evaluate the entire properties of the gel because the fibers were disaggregated with a blender or the like. Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-213353) discloses a method for evaluating the characteristics of the entire gel by deforming the gel at a constant speed (increasing strain) and measuring the stress generated at that time. ing.
発明者は特許文献1に記載の方法を予備的に検討したところ、当該方法ではセルロースハイドロゲルを正確に評価することができないことを見出した。すなわち、セルロースハイドロゲルを正確に評価する方法が求められているところ、未だ満足の行く方法は存在しない。このような事情を鑑み、本発明はセルロースハイドロゲルの応力歪関係を取得する方法を提供することを課題とする。 The inventor preliminarily examined the method described in Patent Document 1 and found that the method cannot accurately evaluate cellulose hydrogel. In other words, there is a demand for a method for accurately evaluating cellulose hydrogel, but there is still no satisfactory method. In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a method for obtaining a stress-strain relationship of cellulose hydrogel.
発明者らは、セルロースハイドロゲルに、圧力を増加しながら与え、当該セルロースハイドロゲルに生じる歪を測定することで、前記課題が解決できることを見出した。すなわち、前記課題は以下の本発明により解決される。
[1]略平行な一対の面を有するセルロースハイドロゲルのいずれか一方の面に、圧力を増加しながら与え、当該セルロースハイドロゲルに生じる歪を測定する工程Aを含む、
前記セルロースハイドロゲルの応力歪関係を取得する方法。
[2]前記セルロースハイドロゲルの前記面に圧力Pを与え、歪が平衡に達する時間teqを得る工程をさらに含み、
前記工程Aを、圧力Pを与えてから時間t経過後にさらに同じ大きさの圧力Pを追加することにより実施し、当該tが0.1秒≦t≦teqを満たす、[1]に記載の方法。
[3]前記工程Aを、圧力Pを与えてから時間t経過後にさらに同じ大きさの圧力Pを追加することを繰り返すことにより実施する、[2]に記載の方法。
[4](1)略平行な一対の面を有するセルロースハイドロゲルaを準備する工程、
(2)前記セルロースハイドロゲルaから水を除去してセルロースエアロゲルを調製し、当該セルロースエアロゲルを吸水させて復元セルロースハイドロゲルbを準備する工程、
(3)前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法によってセルロースハイドロゲルaの応力歪関係を取得する工程、
(4)前記(3)で選択した方法と同じ方法によって復元セルロースハイドロゲルbの応力歪関係を取得する工程、
(5)両者の応力歪関係を比較する工程、
を含む、復元セルロースハイドロゲルbの復元特性を評価する方法。
The inventors have found that the above problem can be solved by giving the cellulose hydrogel with increasing pressure and measuring the strain generated in the cellulose hydrogel. That is, the said subject is solved by the following this invention.
[1] including a step A of applying pressure to one surface of a cellulose hydrogel having a pair of substantially parallel surfaces while increasing the pressure and measuring strain generated in the cellulose hydrogel;
A method for obtaining a stress-strain relationship of the cellulose hydrogel.
[2] The method further includes the step of applying a pressure P to the surface of the cellulose hydrogel to obtain a time t eq for the strain to reach equilibrium.
The step A is performed by adding a pressure P having the same magnitude after a lapse of time t from the application of the pressure P, and the t satisfies 0.1 seconds ≦ t ≦ t eq , [1] the method of.
[3] The method according to [2], wherein the step A is performed by repeatedly adding a pressure P having the same magnitude after the time t has elapsed since the pressure P was applied.
[4] (1) A step of preparing a cellulose hydrogel a having a pair of substantially parallel surfaces,
(2) removing cellulose from the cellulose hydrogel a to prepare a cellulose aerogel, absorbing the cellulose aerogel to prepare the restored cellulose hydrogel b,
(3) The process of acquiring the stress-strain relationship of the cellulose hydrogel a by the method in any one of said [1]-[3],
(4) A step of acquiring a stress-strain relationship of the restored cellulose hydrogel b by the same method as the method selected in (3),
(5) a step of comparing the stress-strain relationship between the two,
A method for evaluating the restoring characteristics of the restored cellulose hydrogel b.
本発明により、セルロースハイドロゲルの応力歪関係を取得する方法を提供できる。 The present invention can provide a method for obtaining the stress-strain relationship of cellulose hydrogel.
1.応力歪関係の取得方法
本発明の応力歪関係の取得方法は、略平行な一対の面を有するセルロースハイドロゲルのいずれか一方の面に、圧力を増加しながら与え、当該セルロースハイドロゲルに生じる歪を測定する工程Aを含む。
1. Method for obtaining stress-strain relationship The method for obtaining a stress-strain relationship according to the present invention is a strain generated in a cellulose hydrogel that is applied to one surface of a cellulose hydrogel having a pair of substantially parallel surfaces while increasing pressure. Step A is measured.
(1)応力歪関係
応力歪関係とは、物体にかかる応力とその結果生ずる歪との相関関係であり、通常は応力歪曲線として表される。
(1) Stress-strain relationship The stress-strain relationship is a correlation between the stress applied to an object and the resulting strain, and is usually expressed as a stress-strain curve.
(2)セルロースハイドロゲル
セルロースハイドロゲルとはセルロース繊維の三次元ネットワーク構造中のポアに水を保持してなるゲルである。本発明においては、任意のセルロースハイドロゲルを用いることができるが、入手容易性および食感の良さ等の理由から、セルロース産生菌により産生されるセルロースハイドロゲルが好ましい。このようなセルロースハイドロゲルを「バクテリアセルロースハイドロゲル」ということがある。セルロース産生菌としては、公知のものを使用できるが、例えば、ATCC23769、ATCC10245、ATCC35959、ATCC10821、ATCC700178、Acetobacter xylinum FF-88 (FERM BP-4407)の菌株等を使用できる。培地も公知のもの、例えば、寒天状の固体培地や液体培地(培養液)等を使用できる。培養液としては、コーンスティープリカーおよび果糖を主成分とし、pHを5程度に調整した培養液等が挙げられる。また、培養は静置培養であることが好ましい。
(2) Cellulose hydrogel Cellulose hydrogel is a gel formed by holding water in pores in a three-dimensional network structure of cellulose fibers. In the present invention, any cellulose hydrogel can be used, but a cellulose hydrogel produced by a cellulose-producing bacterium is preferred for reasons such as easy availability and good texture. Such a cellulose hydrogel is sometimes referred to as a “bacterial cellulose hydrogel”. Known cellulose-producing bacteria can be used. For example, strains such as ATCC 23769, ATCC 10245, ATCC 35959, ATCC 10821, ATCC 7000017, Acetobacter xylinum FF-88 (FERM BP-4407) can be used. A well-known thing can also be used for a culture medium, for example, agar-like solid culture medium, a liquid culture medium (culture solution), etc. Examples of the culture solution include a culture solution containing corn steep liquor and fructose as main components and having a pH adjusted to about 5. The culture is preferably stationary culture.
さらに、セルロース産生菌を、液相中に存在する液相培地部分と空気相に存在する空気相培地部分とを備える培地にて培養して、液相培地部分由来の繊維密度の低い第1ハイドロゲル層および空気相培地由来の繊維密度の高い第2ハイドロゲル層を有する多層構造のセルロースハイドロゲルを用いてもよい。このようなセルロースハイドロゲルは特願2011−196480に記載の方法によって製造できる。 Further, the cellulose-producing bacterium is cultured in a medium comprising a liquid phase medium part present in the liquid phase and an air phase medium part present in the air phase, and the first hydro having a low fiber density derived from the liquid phase medium part. A cellulose hydrogel having a multilayer structure having a gel layer and a second hydrogel layer having a high fiber density derived from an air phase medium may be used. Such a cellulose hydrogel can be produced by the method described in Japanese Patent Application No. 2011-196480.
(3)セルロースハイドロゲルの形状
本発明で用いるセルロースエアロゲルは略平行な一対の面を有する。略平行とは平行または平行に準ずる状態をいう。平行に準ずる状態とは、例えば対向する二つの面において、法線同士のなす最小角度が0°より大きく5°以下である場合をいい、より好ましくは当該角度の上限が3°以下である場合をいう。このようなセルロースハイドロゲルの形状としては、略立方体、略直方体、略円柱が挙げられる。略立方体とは立方体に準じる形状である。例えば、略立方体は、面と面とがなす角度が直角からややずれている、または丸みを帯びている形状や、各辺が略平行であるような形状を含む。略直方体についても同様である。円柱についても同様であり、略円柱とは底面または天面が楕円であるような形状も含む。また略円柱および略直方体は板状の形状も含む。
(3) Shape of cellulose hydrogel The cellulose airgel used in the present invention has a pair of substantially parallel surfaces. “Substantially parallel” means a state parallel or parallel. The state according to the parallel means, for example, a case where the minimum angle formed by the normal lines is greater than 0 ° and 5 ° or less on two opposing surfaces, and more preferably the upper limit of the angle is 3 ° or less. Say. Examples of the shape of such a cellulose hydrogel include a substantially cubic shape, a substantially rectangular parallelepiped shape, and a substantially cylindrical shape. A substantially cube is a shape that conforms to a cube. For example, the substantially cube includes a shape in which the angle formed between the surfaces is slightly deviated from a right angle or rounded, and a shape in which each side is substantially parallel. The same applies to a substantially rectangular parallelepiped. The same applies to a cylinder, and the substantially cylinder includes a shape whose bottom surface or top surface is an ellipse. Further, the substantially cylindrical and substantially rectangular parallelepiped includes a plate-like shape.
本発明で用いるセルロースエアロゲルの寸法は、特に限定されないが、取扱性や測定精度等を考慮すると、略立方体または略直方体である場合、一辺の長さが0.5〜2.0cmであることが好ましく、1.3〜1.5cmであることがより好ましい。任意の形状のセルロースエアロゲルを略立方体状等に加工して使用できる。
また、セルロースエアロゲルが略円柱である場合、底面および天面の直径は0.4〜2.0cmであることが好ましく、0.7〜1.5cmであることがより好ましい。高さは0.5〜2.0cmであることが好ましく、1.3〜1.5cmであることがより好ましい。
Although the dimension of the cellulose airgel used by this invention is not specifically limited, When handling property, a measurement precision, etc. are considered, when it is a substantially cube or a substantially rectangular parallelepiped, the length of one side may be 0.5-2.0 cm. Preferably, it is 1.3-1.5 cm. Arbitrary shaped cellulose airgel can be processed into a substantially cubic shape or the like.
Moreover, when a cellulose airgel is a substantially cylinder, it is preferable that the diameters of a bottom face and a top surface are 0.4-2.0 cm, and it is more preferable that it is 0.7-1.5 cm. The height is preferably 0.5 to 2.0 cm, and more preferably 1.3 to 1.5 cm.
(4)圧力
工程Aでは、前記セルロースハイドロゲルの前記面に圧力を増加しながら与え、その際に生じる歪を測定する。圧力の与え方は限定されないが、作業性を考慮すると、セルロースハイドロゲルの天面におもりを載置することが好ましい。例えば、セルロースハイドロゲルの天面に分銅を載置し、その数を増やして行くことで、工程Aを実施できる。また、セルロースハイドロゲルの天面に水等の液体が充填された容器を載置し、当該容器内の液体を増やすことによっても工程Aを実施できる。
(4) Pressure In step A, the pressure applied to the surface of the cellulose hydrogel is increased, and the strain generated at that time is measured. Although how to give a pressure is not limited, when workability | operativity is considered, it is preferable to mount a weight in the top | upper surface of a cellulose hydrogel. For example, the process A can be implemented by placing a weight on the top surface of the cellulose hydrogel and increasing the number thereof. Moreover, the process A can also be implemented by placing a container filled with a liquid such as water on the top surface of the cellulose hydrogel and increasing the liquid in the container.
セルロースエアロゲルとしてバクテリアセルロースハイドロゲルを用いる場合、ゲルが成長する方向にセルロース繊維が伸長して存在するので、当該繊維の伸長方向に垂直な面を天面とし、当該面に圧力を与えることが好ましい。この理由は次のように考えられる。当該天面は、ゲルの製造時に気相に接している面であり繊維密度が高いため水が抜けにくい。一方、側面は切断面であるため水が抜けやすく、さらにゲルは天面に平行な複数の層が積層された構造となっておりこの積層間隔の構造を反映して側面からは水が抜けやすい。よって、水の抜けにくい天面に圧力を加えることで正確な歪を得ることができる。
さらにセルロースハイドロゲルが、繊維密度が低い層と高い層が積層された構造である場合、繊維密度の高い層が底面となるようにすることが好ましい。繊維密度の低い層を底面とすると、圧力をかけた際に底面(土台)が傾きやすくなり正確な歪の測定ができなくなるからである。
When bacterial cellulose hydrogel is used as the cellulose aerogel, since the cellulose fibers are elongated in the direction in which the gel grows, it is preferable that the surface perpendicular to the fiber elongation direction is the top surface and pressure is applied to the surface. . The reason is considered as follows. The top surface is in contact with the gas phase during the production of the gel, and the fiber density is high, so that it is difficult for water to escape. On the other hand, since the side surface is a cut surface, water easily escapes, and the gel has a structure in which a plurality of layers parallel to the top surface are laminated. . Therefore, accurate strain can be obtained by applying pressure to the top surface from which water is difficult to escape.
Furthermore, when the cellulose hydrogel has a structure in which a layer having a low fiber density and a layer having a high fiber density are laminated, it is preferable that the layer having a high fiber density is the bottom surface. This is because if the layer having a low fiber density is used as the bottom surface, the bottom surface (base) tends to tilt when pressure is applied, and accurate strain measurement cannot be performed.
本発明では、圧力Pを与えてから時間t経過後に同じ大きさの圧力Pを与えることで工程Aを実施することがより好ましく、圧力Pを与えてから時間t経過後に同じ大きさの圧力Pを与えること繰り返して工程Aを実施することが特に好ましい。この場合、与えられた圧力Pによりセルロースハイドロゲルに歪が生じ、この歪は時間とともに増大し、やがて飽和する(平衡状態に達する)。平衡状態に達してから新たに圧力Pを与えると、セルロースハイドロゲルの歪がより大きくなるためより正確な測定が可能となる。しかし、平衡状態に達するのにはある程度の時間を要することから、セルロースハイドロゲルが乾燥してしまいこれによる誤差が大きくなり、さらには作業効率も低下する。よって、前記時間t(以下「インターバル」ともいう)は、平衡状態に達する時間以下、すなわち圧力Pに対する応答が緩和する時間以下であることが好ましい。 In the present invention, it is more preferable to perform the step A by applying the pressure P having the same magnitude after the passage of time t since the application of the pressure P, and the pressure P having the same magnitude after the passage of time t after the application of the pressure P. It is particularly preferred to carry out step A by repeatedly giving In this case, a strain is generated in the cellulose hydrogel by the applied pressure P, and the strain increases with time and eventually becomes saturated (an equilibrium state is reached). When the pressure P is newly applied after reaching the equilibrium state, the strain of the cellulose hydrogel becomes larger, so that more accurate measurement is possible. However, since it takes a certain amount of time to reach the equilibrium state, the cellulose hydrogel is dried, resulting in a large error, and further reducing the working efficiency. Therefore, the time t (hereinafter also referred to as “interval”) is preferably equal to or less than the time for reaching the equilibrium state, that is, equal to or less than the time for relaxing the response to the pressure P.
一方、インターバルが短すぎると十分な歪が生じないので測定誤差が大きくなる。よって、インターバルはある程度の歪が生じる時間以上であることが好ましい。本発明において、この時間は0.1秒であることが好ましい。具体的に0.1秒は、与えられた力の刺激によりゲルの変形が歪みとして検出されるのに最小な時間であるので、インターバルの最小値をこの時間とすることで正確な測定が可能となる。 On the other hand, if the interval is too short, sufficient distortion does not occur and measurement error increases. Therefore, the interval is preferably equal to or longer than the time at which a certain amount of distortion occurs. In the present invention, this time is preferably 0.1 seconds. Specifically, 0.1 second is the minimum time for the deformation of the gel to be detected as a strain by the stimulation of the applied force, so accurate measurement is possible by setting the minimum value of the interval to this time. It becomes.
すなわち、本発明は、与えられた刺激(圧力)をセルロースハイドロゲルが緩和した後に新たな刺激を加え、その際の歪の変化を測定する。このように緩和を考慮したサイクルを繰り返すことで、セルロースハイドロゲルの歪の変化をより正確に測定できると考えられる。 That is, in the present invention, a new stimulus is applied after the applied stimulus (pressure) is relieved by the cellulose hydrogel, and a change in strain at that time is measured. Thus, it is considered that the change in strain of the cellulose hydrogel can be measured more accurately by repeating the cycle considering relaxation.
好ましい態様において工程Aは「P→t→P→t・・・」というスキームで実施され、「P→t」が1サイクルとなる。サイクルの数は測定するゲルの性状により異なるが、1〜10サイクルが好ましく、2〜4サイクルがより好ましい。 In a preferred embodiment, the step A is performed by the scheme “P → t → P → t...”, And “P → t” is one cycle. The number of cycles varies depending on the properties of the gel to be measured, but is preferably 1 to 10 cycles, and more preferably 2 to 4 cycles.
圧力Pは、0.01〜10(gf/cm2)が好ましく、2〜6(gf/cm2)がより好ましく、2〜4(gf/cm2)がさらに好ましい。また圧力Pは0.02〜0.04(gf/cm2)であってもよい。1gfは9.81mNである。 The pressure P is preferably 0.01 to 10 (gf / cm 2 ), more preferably 2 to 6 (gf / cm 2 ), and further preferably 2 to 4 (gf / cm 2 ). The pressure P may be 0.02 to 0.04 (gf / cm 2 ). 1 gf is 9.81 mN.
前述のようなサイクルを繰り返して工程Aを実施する場合、teqの値は与える圧力により異なる。例えば、一辺が1.3cmの略立方体状のセルロースハイドロゲルの天面に5gfのおもりを載置する場合、すなわち2.96gf/cm2の圧力を与える場合に、歪が平衡に達する時間teqはおよそ180秒である。同様に、10gfのおもりを載置する場合、すなわち5.92gf/cm2の圧力を与える場合に、歪が平衡に達する時間teqはおよそ240秒である。さらに同様に、0.05gfのおもりを載置する場合、すなわち0.03gf/cm2の圧力を与える場合に、歪が平衡に達する時間teqはおよそ2秒である。 When step A is carried out by repeating the cycle as described above, the value of t eq varies depending on the applied pressure. For example, when a weight of 5 gf is placed on the top surface of a substantially cubic cellulose hydrogel having a side of 1.3 cm, that is, when a pressure of 2.96 gf / cm 2 is applied, the time t eq for strain to reach equilibrium Is approximately 180 seconds. Similarly, when a 10 gf weight is placed, that is, when a pressure of 5.92 gf / cm 2 is applied, the time t eq for strain to reach equilibrium is approximately 240 seconds. Similarly, when a weight of 0.05 gf is placed, that is, when a pressure of 0.03 gf / cm 2 is applied, the time t eq for strain to reach equilibrium is approximately 2 seconds.
インターバルの最小値は、前述のとおり0.1秒が好ましいが、圧力によってはこの時間が長いほど発生する歪が大きくなるので測定精度が向上する。従って与える圧力によって以下のような好ましいインターバルが存在する。
1)P=0.01〜10(gf/cm2)のとき、t=0.1〜300(秒)
2)P=2〜6(gf/cm2)のとき、t=1〜300(秒)
3)P=2〜4(gf/cm2)のとき、t=100〜180(秒)
4)P=0.02〜0.04(gf/cm2)のとき、t=0.1〜2(秒)
中でも、作業性等を考慮すると、3)の場合において、t=100〜150(秒)となる組合せがより好ましく、t=110〜130(秒)となる組合せがさらに好ましい。
As described above, the minimum value of the interval is preferably 0.1 seconds. However, depending on the pressure, the longer the time, the greater the distortion that occurs, so the measurement accuracy improves. Therefore, the following preferable intervals exist depending on the applied pressure.
1) When P = 0.01 to 10 (gf / cm 2 ), t = 0.1 to 300 (seconds)
2) When P = 2 to 6 (gf / cm 2 ), t = 1 to 300 (seconds)
3) When P = 2 to 4 (gf / cm 2 ), t = 100 to 180 (seconds)
4) When P = 0.02 to 0.04 (gf / cm 2 ), t = 0.1-2 (seconds)
Among them, in consideration of workability and the like, in the case of 3), a combination where t = 100 to 150 (seconds) is more preferable, and a combination where t = 110 to 130 (seconds) is more preferable.
圧力は、セルロースハイドロゲルの一つの面全体に与えることが好ましいので、おもりを用いて圧力を与える場合は、おもりの大きさは、セルロースハイドロゲルの一つの面全体を覆う大きさとすることが好ましい。 Since the pressure is preferably applied to one entire surface of the cellulose hydrogel, when the pressure is applied using a weight, the size of the weight is preferably a size that covers the entire one surface of the cellulose hydrogel. .
特許文献1に記載の従来の方法は、ハイドロゲルに歪を増加しながら与え、その際に発生する応力を測定する方法である。しかしながら、この方法ではセルロースハイドロゲルの正確な応力歪関係は取得できない。この理由は限定されないが、応力はセルロースハイドロゲルの内部構造の違いに対して鈍感であるためと考えられる。また、次のようにも考えられる。内部に存在する水はセルロース繊維の水酸基と水素結合を形成し、さらには水分子同士には表面張力も作用する。セルロースハイドロゲルの網目構造は微細であるためこれらの力が多く働き、水はセルロースハイドロゲル内に強く拘束されて存在する。よって、セルロースハイドロゲルに歪みを与えてもこれらの力で結合していた水分は瞬時にはゲルから抜けることができないが、抜け始めると表面張力の限界値を超えて一気に抜けるので、ゲルに作用する応力は不安定である。このため、応力を測定する方法では網目構造の違いを正確に評価できないと考えられる。 The conventional method described in Patent Document 1 is a method of measuring the stress generated at that time while applying strain to the hydrogel while increasing the strain. However, this method cannot obtain an accurate stress-strain relationship of cellulose hydrogel. Although this reason is not limited, it is thought that stress is insensitive to the difference in the internal structure of cellulose hydrogel. The following can also be considered. The water present inside forms a hydrogen bond with the hydroxyl group of the cellulose fiber, and the surface tension also acts between the water molecules. Since the network structure of cellulose hydrogel is fine, many of these forces work, and water is strongly constrained in the cellulose hydrogel. Therefore, even if the cellulose hydrogel is distorted, the water that has been bonded by these forces cannot be removed from the gel instantaneously, but once it begins to escape, the surface tension will exceed the limit value and it will be released all at once. The stress to be unstable is unstable. For this reason, it is considered that the method of measuring stress cannot accurately evaluate the difference in network structure.
2.セルロースハイドロゲルの復元性評価方法
本発明の応力歪関係の取得方法は、セルロースハイドロゲルの復元性評価に応用できる。セルロースハイドロゲルは、乾燥させるとセルロースエアロゲルとでき、さらにセルロースエアロゲルを吸水させると再びセルロースハイドロゲル(以下「復元セルロースハイドロゲル」ともいう)が得られる。しかし、発明者はこれまでに、復元セルロースハイドロゲルの特性は元のセルロースハイドロゲルの特性とは完全に一致しにくいことを見出している。その理由について、発明者は、セルロースハイドロゲルを乾燥する際に、セルロース繊維が過度に密着してしまい、吸水する際にその密着が解消しないためであると推察している。従って、復元セルロースハイドロゲルの復元特性を精度よく評価できれば、復元性に優れたセルロースハイドロゲルの開発の一助とすることもできる。
本発明の方法にてセルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルの応力歪関係をそれぞれ取得し、これらを比較することにより、セルロースハイドロゲルの復元性を評価できる。
2. Cellulose hydrogel restoration method evaluation method The stress strain relation acquisition method of the present invention can be applied to cellulose hydrogel restoration evaluation. When the cellulose hydrogel is dried, it can be made into a cellulose aerogel. When the cellulose aerogel is further absorbed, a cellulose hydrogel (hereinafter also referred to as “restored cellulose hydrogel”) is obtained again. However, the inventor has so far found that the properties of the regenerated cellulose hydrogel are not completely consistent with the properties of the original cellulose hydrogel. About the reason, the inventor has guessed that it is because a cellulose fiber adheres excessively when drying a cellulose hydrogel, and the adhesion is not eliminated when absorbing water. Therefore, if the restoration characteristics of the restored cellulose hydrogel can be evaluated with high accuracy, it can also contribute to the development of a cellulose hydrogel having excellent restoration properties.
By obtaining the stress-strain relationship between the cellulose hydrogel and the regenerated cellulose hydrogel by the method of the present invention and comparing them, the rehabilitation property of the cellulose hydrogel can be evaluated.
具体的には、(1)略平行な一対の面を有するセルロースハイドロゲルaを準備する工程、(2)前記セルロースハイドロゲルaから水を除去してセルロースエアロゲルを調製し、当該セルロースエアロゲルを吸水させて復元セルロースハイドロゲルbを準備する工程、(3)前節で説明した方法によってセルロースハイドロゲルaの応力歪関係を取得する工程、(4)前記(3)で選択した方法と同じ方法によって復元セルロースハイドロゲルbの応力歪関係を取得する工程、(5)両者の応力歪関係を比較する工程、を経ることでセルロースハイドロゲルの復元性を評価できる。以下、各工程について説明する。 Specifically, (1) a step of preparing a cellulose hydrogel a having a pair of substantially parallel surfaces, (2) a cellulose aerogel is prepared by removing water from the cellulose hydrogel a, and the cellulose aerogel is absorbed by water. Preparing the restored cellulose hydrogel b, (3) obtaining the stress-strain relationship of the cellulose hydrogel a by the method described in the previous section, and (4) restoring by the same method as selected in (3) above. The restoring property of the cellulose hydrogel can be evaluated through a step of obtaining the stress-strain relationship of the cellulose hydrogel b and (5) a step of comparing the stress-strain relationship between the two. Hereinafter, each step will be described.
(1)セルロースハイドロゲルaを準備する工程
セルロースハイドロゲルaは、前述のとおりに準備してよい。具体的には、工程(3)で応力歪関係を取得するためのセルロースハイドロゲルaと、復元セルロースハイドロゲルbの原料にするためのセルロースハイドロゲルaの二つを準備する。
(1) Step of preparing cellulose hydrogel a Cellulose hydrogel a may be prepared as described above. Specifically, the cellulose hydrogel a for obtaining the stress-strain relationship in the step (3) and the cellulose hydrogel a for preparing the raw material for the restored cellulose hydrogel b are prepared.
(2)復元セルロースハイドロゲルbを準備する工程
本工程では、まず、セルロースハイドロゲルaから水を除去してセルロースエアロゲルを調製する。水は乾燥することで除去することが好ましい。しかしながら単に乾燥させると、セルロースハイドロゲルにヒビが入る等の不具合が生じることがある。この理由は、乾燥中にセルロースハイドロゲル内部に存在する水が体積膨張を起こすことがあり、これによって生じたひずみにより、既に乾燥して強度が低下しているセルロースハイドロゲル表面が破壊されるためと考えられる。発明者らは、この不具合を解消するために、乾燥前にセルロースハイドロゲル表面を水で被覆する方法を開発している(特願2010−020455参照)。従って、本発明においても同様にして乾燥を行なうことが好ましい。
(2) Step of preparing restored cellulose hydrogel b In this step, first, water is removed from the cellulose hydrogel a to prepare a cellulose airgel. It is preferable to remove the water by drying. However, if it is simply dried, defects such as cracks in the cellulose hydrogel may occur. The reason for this is that the water present inside the cellulose hydrogel may undergo volume expansion during drying, and the strain generated thereby destroys the surface of the cellulose hydrogel that has already been dried and reduced in strength. it is conceivable that. In order to solve this problem, the inventors have developed a method of coating the surface of cellulose hydrogel with water before drying (see Japanese Patent Application No. 2010-020455). Therefore, it is preferable to perform drying in the same manner in the present invention.
乾燥方法としては、凍結乾燥、減圧乾燥、超臨界液体乾燥、亜臨界液体乾燥が挙げられる。凍結乾燥は、水を凍結して昇華して行なう乾燥である。本発明においては、ゲルの劣化を避けるため、減圧下、50℃以下の低温において凍結乾燥することが好ましい。具体的には、15〜25Paの圧力下、−50〜−40℃の温度にて凍結乾燥することが好ましい。 Examples of the drying method include freeze drying, vacuum drying, supercritical liquid drying, and subcritical liquid drying. Freeze-drying is drying performed by freezing water and sublimating. In the present invention, it is preferable to freeze-dry at a low temperature of 50 ° C. or lower under reduced pressure in order to avoid gel degradation. Specifically, it is preferable to freeze-dry at a temperature of −50 to −40 ° C. under a pressure of 15 to 25 Pa.
減圧乾燥は、減圧下において水を除去する乾燥である。本発明においては、25Pa〜0.1MPaの圧力下、−40〜100℃の温度にて乾燥することが好ましい。
超臨界液体乾燥は、溶媒溶液を超臨界以上に加熱した後、穏やかに溶媒蒸気を系外に排出することにより乾燥させる方法である。亜臨界液体乾燥とは、溶媒溶液を、超臨界よりも温度および圧力がやや低い状態の亜臨界状態にし、溶媒蒸気を系外に排出することにより乾燥させる方法である。
Vacuum drying is a drying that removes water under reduced pressure. In this invention, it is preferable to dry at the temperature of -40-100 degreeC under the pressure of 25 Pa-0.1 MPa.
Supercritical liquid drying is a method in which a solvent solution is heated by being supercritical or higher and then dried by gently discharging solvent vapor out of the system. Subcritical liquid drying is a method in which a solvent solution is brought into a subcritical state where the temperature and pressure are slightly lower than those of the supercritical state, and the solvent vapor is discharged out of the system.
本発明においては、セルロースハイドロゲル中の水をそのまま、またはエタノール、メタノール、二酸化炭素等で置換し、水またはエタノール等を超臨界液体乾燥または亜臨界液体乾燥することが好ましい。例えば、エタノールを用いる場合、6.38MPa、243℃で超臨界液体乾燥することができる。水を置換せずにそのまま乾燥させる場合は、超臨界状態で行なうとセルロースが分解する場合があるので、亜臨界状態で行なうことが好ましい。例えば、大気圧で100℃以上、かつ22.12MPaで温度374.15℃(647.30K)以下とすることが好ましい。 In the present invention, it is preferable to replace water in the cellulose hydrogel as it is or with ethanol, methanol, carbon dioxide or the like, and dry water or ethanol with supercritical liquid drying or subcritical liquid drying. For example, when ethanol is used, supercritical liquid drying can be performed at 6.38 MPa and 243 ° C. In the case of drying as it is without replacing water, it is preferable to carry out in a subcritical state because cellulose may be decomposed in a supercritical state. For example, it is preferable to set the temperature to 100 ° C. or higher at atmospheric pressure and to a temperature of 374.15 ° C. (647.30 K) or lower at 22.12 MPa.
乾燥時間は、乾燥状態により適宜調整できるが、24〜72時間程度行なうことが好ましい。
また、セルロースハイドロゲルの30〜50体積%を水または前記水溶液に浸漬した状態で乾燥に供してもよい。
この他、特願2012−195993および特願2012−196000に記載のとおり、二糖類を含む水溶液にセルロースハイドロゲルを浸して、必要に応じて表面に穿孔を設ける等の加工を施してから乾燥させてもよい。このようにすることで、復元率に優れた復元セルロースハイドロゲルを得ることができる。
Although drying time can be suitably adjusted with a dry state, it is preferable to carry out for about 24 to 72 hours.
Moreover, you may use for drying in the state which immersed 30-50 volume% of the cellulose hydrogel in water or the said aqueous solution.
In addition, as described in Japanese Patent Application No. 2012-195993 and Japanese Patent Application No. 2012-196000, cellulose hydrogel is immersed in an aqueous solution containing a disaccharide and subjected to processing such as providing perforations on the surface as necessary, followed by drying. May be. By doing in this way, the restoration | restoration cellulose hydrogel excellent in the restoration rate can be obtained.
次に、このように調製したセルロースエアロゲルを吸水させることにより復元セルロースハイドロゲルbを得る。この時の温度は0〜100℃が好ましい。吸水は、前記温度の水または水溶液に本発明の加工セルロースエアロゲルを浸漬することで行なえる。また、特願2012−195993に記載のとおり、セルロースエアロゲルに対して、表面に切込加工を施すなどの加工を行なってから、吸水させてもよい。このようにすることで復元率を高めることができる。 Next, the regenerated cellulose hydrogel b is obtained by absorbing the cellulose airgel thus prepared. The temperature at this time is preferably 0 to 100 ° C. Water absorption can be performed by immersing the processed cellulose airgel of the present invention in water or an aqueous solution at the above temperature. Moreover, as described in Japanese Patent Application No. 2012-195993, the cellulose aerogel may be subjected to processing such as cutting the surface and then absorbed. By doing so, the restoration rate can be increased.
(3)セルロースハイドロゲルaの応力歪関係を取得する工程
前述の方法に従い、セルロースハイドロゲルaの応力歪関係を取得する。
(3) Step of obtaining stress-strain relationship of cellulose hydrogel a According to the method described above, the stress-strain relationship of cellulose hydrogel a is obtained.
(4)復元セルロースハイドロゲルbの応力歪関係を取得する工程
工程(3)で用いた方法と同じ方法により、復元セルロースハイドロゲルbの応力歪関係を取得する。
(4) Step of acquiring stress-strain relationship of regenerated cellulose hydrogel b By the same method as the method used in step (3), the stress-strain relationship of regenerated cellulose hydrogel b is acquired.
(5)比較工程
両者から得た応力歪曲線を比較する。曲線が同じ形状であれば、復元セルロースハイドロゲルbの内部構造は、原料としたセルロースハイドロゲルaと同じであると分かる。逆に、曲線の形状が異なる場合は、復元セルロースハイドロゲルbの内部構造は元のセルロースハイドロゲルaとは異なることが分かる。
また、曲線の類似性により復元性も評価できる。復元性は復元セルロースハイドロゲルの形状および性状が、元のセルロースハイドロゲルにどの程度近いかを表す指標である。復元性は、復元率を用いて評価でき、復元率は、復元セルロースハイドロゲルの質量/セルロースエアロゲルの質量で定義される。
(5) Comparison process The stress-strain curves obtained from both are compared. If the curves have the same shape, it can be seen that the internal structure of the restored cellulose hydrogel b is the same as the cellulose hydrogel a used as a raw material. Conversely, when the shapes of the curves are different, it can be seen that the internal structure of the restored cellulose hydrogel b is different from the original cellulose hydrogel a.
The resilience can also be evaluated by the similarity of curves. Restorability is an index representing how close the shape and properties of the restored cellulose hydrogel are to the original cellulose hydrogel. Restorability can be evaluated using the restoration rate, and the restoration rate is defined by the mass of the restored cellulose hydrogel / the mass of the cellulose airgel.
[実施例1−1]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:15秒
1辺が1.5cmの立方体セルロースハイドロゲル(株式会社たらみ製ナタデココ)を準備し、十分に水洗した後、80℃の熱水で20回洗浄した。
同ロットのセルロースハイドロゲルを凍結乾燥機(東京理科器械株式会社製、FDU−1200)に装填し、この状態で、凍結乾燥(東京理化器械株式会社製、FDU−1200)を用いて−50〜−40℃、15〜25Paの条件にて24時間凍結乾燥し、セルロースエアロゲルを得た。
当該セルロースエアロゲルを25℃にて水に浸漬し復元セルロースハイドロゲルを得た。さらに水に浸漬する時間を調整することで、異なる復元率を有する復元セルロースハイドロゲルを得た。復元率は前述のとおり、復元セルロースハイドロゲルの質量/セルロースエアロゲルの質量から求めた。得られた複数の復元セルロースハイドロゲルの復元率は0.20〜0.36であった。
[Example 1-1] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 15 seconds After preparing a cubic cellulose hydrogel (Natadecoko manufactured by Tsurami Co., Ltd.) having a side of 1.5 cm and thoroughly washing with water. And washed 20 times with hot water at 80 ° C.
The cellulose hydrogel of the same lot is loaded into a freeze dryer (Tokyo Science Instruments Co., Ltd., FDU-1200), and in this state, freeze drying (Tokyo Rika Instruments Co., Ltd., FDU-1200) is used to make −50 to It lyophilized | freeze-dried for 24 hours on the conditions of -40 degreeC and 15-25Pa, and obtained the cellulose airgel.
The cellulose airgel was immersed in water at 25 ° C. to obtain a regenerated cellulose hydrogel. Furthermore, the restoration cellulose hydrogel which has a different restoration | restoration rate was obtained by adjusting the time immersed in water. As described above, the restoration rate was obtained from the mass of the restored cellulose hydrogel / the mass of the cellulose airgel. The restoration rate of the obtained plurality of restored cellulose hydrogels was 0.20 to 0.36.
原料セルロースハイドロゲルの天面に10gの分銅(株式会社村上衝器製作所製)を載せて、歪が平衡に達する時間teqを求めた。teqは180秒であった。10gの分銅による圧力は4.4gf/cm2であった。 A 10 g weight (manufactured by Murakami Seiki Seisakusho Co., Ltd.) was placed on the top surface of the raw material cellulose hydrogel, and the time t eq for strain to reach equilibrium was determined. t eq was 180 seconds. The pressure with a 10 g weight was 4.4 gf / cm 2 .
同じロットの原料セルロースハイドロゲルの天面に10gの分銅を15秒間隔で追加して載置した。すなわち、最初に分銅を載置してから15秒後に新たに10gの分銅を載置することを繰り返した。そして15秒経過毎にゲルの高さを測定し、歪を求めた。歪は、(変形前の高さ−変形後の高さ)/(変形前の高さ)から求めた。 A 10 g weight was added at 15-second intervals on the top surface of the raw material cellulose hydrogel of the same lot. That is, a new 10 g weight was repeatedly placed 15 seconds after the first weight was placed. And every 15 second progress, the height of the gel was measured and distortion was calculated | required. The strain was determined from (height before deformation−height after deformation) / (height before deformation).
複数の復元セルロースハイドロゲルについて同様の試験を行ない歪の平均値を求めた。インターバルt(秒)は0.1≦t≦teqの関係を満たしていた。このようにして求めた応力歪曲線を図1Aに示す。 A similar test was performed on a plurality of regenerated cellulose hydrogels, and an average value of strain was obtained. The interval t (seconds) satisfied the relationship of 0.1 ≦ t ≦ t eq . The stress-strain curve thus obtained is shown in FIG. 1A.
[実施例1−2]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:60秒
インターバルtを60秒とした以外は、実施例1−1と同様にして評価した。結果を図1Bに示す。
[Example 1-2] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 60 seconds Evaluation was performed in the same manner as in Example 1-1 except that the interval t was set to 60 seconds. The results are shown in FIG. 1B.
[実施例1−3]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:120秒
インターバルtを120秒とした以外は、実施例1−1と同様にして評価した。結果を図1Cに示す。
これらの結果から、本発明で得た応力歪曲線が、復元セルロースハイドロゲルの特性を反映していることが明らかである。
[Example 1-3] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 120 seconds Evaluation was performed in the same manner as in Example 1-1 except that the interval t was set to 120 seconds. The results are shown in FIG. 1C.
From these results, it is clear that the stress-strain curve obtained in the present invention reflects the characteristics of the restored cellulose hydrogel.
[実施例2]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:120秒
実施例1と同様にして種々の復元率(0.18〜0.75)のセルロースハイドロゲルを準備した。各復元セルロースハイドロゲルについて、実施例1−3と同じ条件(圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:120秒)で試験を行ない、応力歪曲線を求めた。復元率が0.24、0.45および0.62の結果を抜粋して図2Aに示す。この結果から、復元率の違いが応力歪曲線の違いに明確に表れていることが分かる。
[Example 2] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 120 seconds In the same manner as in Example 1, cellulose hydrogels having various restoration ratios (0.18 to 0.75) were prepared. Each restored cellulose hydrogel was tested under the same conditions as in Example 1-3 (pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 120 seconds) to obtain a stress strain curve. The results with restoration rates of 0.24, 0.45, and 0.62 are extracted and shown in FIG. 2A. From this result, it can be seen that the difference in the restoration rate clearly appears in the difference in the stress strain curve.
次に、応力歪曲線において応力が1mN/mm2(10.2gf/cm2)、4mN/mm2(40.8gf/cm2)、10mN/mm2(102gf/cm2)であるときの、各復元セルロースハイドロゲルの歪を求めた。その歪と復元率との関係を図2B〜Dにそれぞれ示した。本例において、応力が1mN/mm2(10.2gf/cm2)であるときは、歪と復元率との関係がほぼ直線になっている。よって、応力が1mN/mm2(10.2gf/cm2)で歪を測定して比較することで、復元セルロースハイドロゲルの復元特性をある程度予測できる。 Then, the stress stresses in strain curve 1mN / mm 2 (10.2gf / cm 2), 4mN / mm 2 (40.8gf / cm 2), when it is 10mN / mm 2 (102gf / cm 2), The strain of each restored cellulose hydrogel was determined. The relationship between the distortion and the restoration rate is shown in FIGS. In this example, when the stress is 1 mN / mm 2 (10.2 gf / cm 2 ), the relationship between the strain and the recovery rate is substantially linear. Therefore, by measuring and comparing the strain at a stress of 1 mN / mm 2 (10.2 gf / cm 2 ), the restoring characteristics of the restored cellulose hydrogel can be predicted to some extent.
[実施例3]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:120秒
同様にして、同ロットの原料から、復元率0.36のセルロースハイドロゲルを準備した。本復元セルロースハイドロゲルは白残り部分を含んでいた(図3A)。白残りは、セルロース繊維が凝集して吸水が十分にできない結果生じる。当該復元セルロースハイドロゲルについて、実施例1−3と同じ条件で試験を行ない、応力歪曲線を求めた。結果を図3Bに示す。白残りに起因する階段状の部分が見られた。
[Example 3] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 120 seconds Similarly, a cellulose hydrogel having a restoration rate of 0.36 was prepared from the raw material of the same lot. The restored cellulose hydrogel contained a white balance (FIG. 3A). The white residue is produced as a result of the cellulose fibers agglomerating and insufficient water absorption. The restored cellulose hydrogel was tested under the same conditions as in Example 1-3 to obtain a stress strain curve. The results are shown in FIG. 3B. There was a staircase due to white residue.
[実施例4−1]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:15秒
原料セルロースハイドロゲルとして1辺が1.5cmの立方体セルロースハイドロゲル(株式会社たらみ製ナタデココ)を用意した。さらに原料セルロースハイドロゲルから実施例1−1と同様にして復元率0.58の復元セルロースハイドロゲルを調製した。
こうして得た原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルについて実施例1−1と同様に試験を行ない、応力歪曲線を得た。ただし、インターバルtは15秒とした。結果を図4Aに示す。
[Example 4-1] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 15 seconds As a raw material cellulose hydrogel, a cubic cellulose hydrogel having a side of 1.5 cm (Natadecoko, manufactured by Tarami Co., Ltd.) was prepared. Further, a restored cellulose hydrogel having a restoration rate of 0.58 was prepared from the raw material cellulose hydrogel in the same manner as in Example 1-1.
The raw material cellulose hydrogel and the regenerated cellulose hydrogel thus obtained were tested in the same manner as in Example 1-1 to obtain a stress strain curve. However, the interval t was 15 seconds. The results are shown in FIG. 4A.
[実施例4−2]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:30秒
インターバルを30秒とした以外は、実施例4−1と同様にして、原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルの応力歪曲線を得た。結果を図4Bに示す。
[Example 4-2] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 30 seconds The raw material cellulose hydrogel and regenerated cellulose hydrogel were the same as Example 4-1 except that the interval was set to 30 seconds. The stress strain curve was obtained. The results are shown in FIG. 4B.
[実施例4−3]圧力P:4.4gf/cm2、インターバルt:120秒
インターバルを120秒とした以外は、実施例4−1と同様にして、原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルの応力歪曲線を得た。結果を図4Cに示す。
[Example 4-3] Pressure P: 4.4 gf / cm 2 , interval t: 120 seconds The raw material cellulose hydrogel and regenerated cellulose hydrogel were the same as Example 4-1 except that the interval was 120 seconds. The stress strain curve was obtained. The results are shown in FIG. 4C.
[実施例5−1]圧力P:2.2gf/cm2、インターバルt:15秒
原料セルロースハイドロゲルとして1辺が1.5cmの立方体セルロースハイドロゲル(株式会社たらみ製ナタデココ)を用意した。さらに原料セルロースハイドロゲルから実施例1−1と同様にして復元率0.60の復元セルロースハイドロゲルを調製した。
まず、こうして得た原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルについて実施例1−1と同様に試験を行ないteqを求めた。ただしおもりには5gの分銅を用いた。その結果、原料セルロースハイドロゲルにおけるteqは240秒であり、復元セルロースハイドロゲルにおけるteqは240秒であった。
次に、実施例1−1と同様にして応力歪曲線を得た。ただし、インターバルtは15秒とした。結果を図5Aに示す。
[Example 5-1] Pressure P: 2.2 gf / cm 2 , interval t: 15 seconds As a raw material cellulose hydrogel, a cubic cellulose hydrogel having a side of 1.5 cm (Natadecoko, manufactured by Tarami Co., Ltd.) was prepared. Further, a restored cellulose hydrogel having a restoration rate of 0.60 was prepared from the raw material cellulose hydrogel in the same manner as in Example 1-1.
First, the raw material cellulose hydrogel and the regenerated cellulose hydrogel thus obtained were tested in the same manner as in Example 1-1 to obtain t eq . However, a weight of 5 g was used for the weight. As a result, t eq in the raw material cellulose hydrogel was 240 seconds, and t eq in the regenerated cellulose hydrogel was 240 seconds.
Next, a stress strain curve was obtained in the same manner as in Example 1-1. However, the interval t was 15 seconds. The result is shown in FIG. 5A.
[実施例5−2]圧力P:2.2gf/cm2、インターバルt:60秒
インターバルを60秒とした以外は、実施例5−1と同様にして、原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルの応力歪曲線を得た。結果を図5Bに示す。
[Example 5-2] Pressure P: 2.2 gf / cm 2 , interval t: 60 seconds Raw material cellulose hydrogel and regenerated cellulose hydrogel were the same as Example 5-1 except that the interval was set to 60 seconds. The stress strain curve was obtained. The result is shown in FIG. 5B.
[実施例5−3]圧力P:2.2gf/cm2、インターバルt:120秒
インターバルを120秒とした以外は、実施例5−1と同様にして、原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルの応力歪曲線を得た。結果を図5Cに示す。
[Example 5-3] Pressure P: 2.2 gf / cm 2 , interval t: 120 seconds Raw material cellulose hydrogel and regenerated cellulose hydrogel in the same manner as in Example 5-1, except that the interval was set to 120 seconds. The stress strain curve was obtained. The result is shown in FIG. 5C.
[実施例6−1]圧力P:0.02gf/cm2、インターバルt:0.2秒
原料セルロースハイドロゲルとして1辺が1.5cmの立方体セルロースハイドロゲル(株式会社たらみ製ナタデココ)を用意した。さらに原料セルロースハイドロゲルから実施例1−1と同様にして復元率0.58の復元セルロースハイドロゲルを調製した。
こうして得た原料セルロースハイドロゲルの天面にプラスチック製容器(縦20mm、横20mm、高さ50mm)を載置した。滴下ロートを用いて、当該容器内に0.05mLの水を滴下して圧力を加えた。圧力は0.02gf/cm2であった。ただしプラスチック製容器の質量は0.01gと軽いため圧力とはみなさず無視した。その際のteqを測定したところ2秒であった。
[Example 6-1] Pressure P: 0.02 gf / cm 2 , interval t: 0.2 seconds Prepared as a raw material cellulose hydrogel is a cubic cellulose hydrogel having a side of 1.5 cm (Natadecoko, manufactured by Tarami Co., Ltd.). did. Further, a restored cellulose hydrogel having a restoration rate of 0.58 was prepared from the raw material cellulose hydrogel in the same manner as in Example 1-1.
A plastic container (length 20 mm, width 20 mm, height 50 mm) was placed on the top surface of the raw material cellulose hydrogel thus obtained. Using a dropping funnel, 0.05 mL of water was dropped into the container to apply pressure. The pressure was 0.02 gf / cm 2 . However, since the mass of the plastic container was as light as 0.01 g, it was not regarded as pressure and ignored. The measured t eq was 2 seconds.
同じロットの原料セルロースハイドロゲルの天面に前記プラスチック製容器を載置し、滴下ロートを用いて、容器内に0.05mLの水を0.2秒間隔で滴下してゆき圧力を加えた。ゲルの高さはビデオカメラで記録し、0.2秒経過毎にゲルの高さを測定し歪を求めた。復元セルロースハイドロゲルについても同様に試験を行ない、歪を求めた。 The plastic container was placed on the top surface of the raw material cellulose hydrogel of the same lot, and 0.05 mL of water was dropped into the container at 0.2 second intervals using a dropping funnel, and pressure was applied. The gel height was recorded with a video camera, and the gel height was measured every 0.2 seconds to determine the strain. The restored cellulose hydrogel was similarly tested to determine the strain.
[実施例6−2]圧力P:0.02gf/cm2、インターバルt:0.9秒
インターバルを0.9秒とした以外は、実施例6−1と同様にして、原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルの応力歪曲線を得た。結果を図6Bに示す。
[Example 6-2] Pressure P: 0.02 gf / cm 2 , interval t: 0.9 seconds Except that the interval was set to 0.9 seconds, the raw material cellulose hydrogel and A stress-strain curve of the restored cellulose hydrogel was obtained. The result is shown in FIG. 6B.
[実施例6−3]圧力P:0.02gf/cm2、インターバルt:1.25秒
インターバルを1.25秒とした以外は、実施例6−1と同様にして、原料セルロースハイドロゲルおよび復元セルロースハイドロゲルの応力歪曲線を得た。結果を図6Cに示す。
以上から、0.02gf/cm2という低い圧力でも、復元セルロースハイドロゲルの復元性を評価できることが明らかである。
[Example 6-3] Pressure P: 0.02 gf / cm 2 , interval t: 1.25 seconds In the same manner as in Example 6-1 except that the interval was set to 1.25 seconds, the raw material cellulose hydrogel and A stress-strain curve of the restored cellulose hydrogel was obtained. The result is shown in FIG. 6C.
From the above, it is clear that the restorability of the restored cellulose hydrogel can be evaluated even at a low pressure of 0.02 gf / cm 2 .
[比較例1]従来法
実施例1−1と同じ原料セルロースハイドロゲルを準備した。直径50mmの円形プレートおよび50Nのロードセルを備えた小型卓上試験機(株式会社島津製作所製、EX−S)を用い、10mm/分の速度で当該セルロースハイドロゲルを圧縮し、応力歪曲線を得た。
続いて、実施例1−1と同様にして種々の復元率(0.25〜0.45)を有する復元セルロースハイドロゲルを調製した。当該復元セルロースハイドロゲルについて、前記小型卓上試験機を用いて試験を行ない、応力歪曲線を得た。
Comparative Example 1 Conventional Method The same raw material cellulose hydrogel as in Example 1-1 was prepared. The cellulose hydrogel was compressed at a rate of 10 mm / min using a small tabletop testing machine (EX-S, manufactured by Shimadzu Corporation) equipped with a 50 mm diameter circular plate and a 50 N load cell to obtain a stress strain curve. .
Subsequently, restored cellulose hydrogels having various restoration rates (0.25 to 0.45) were prepared in the same manner as in Example 1-1. The restored cellulose hydrogel was tested using the small tabletop testing machine to obtain a stress strain curve.
図7に結果を示すとおり、従来法では、原料セルロースハイドロゲルの曲線と復元セルロースハイドロゲルの曲線の区別が明確でない。この理由は、前述のとおり、応力はセルロースハイドロゲルの内部構造の違いに対して鈍感であるためと考えられる。よって、従来法ではセルロースハイドロゲルの復元特性を評価できないことが明らかである。 As shown in FIG. 7, in the conventional method, the distinction between the curve of the raw material cellulose hydrogel and the curve of the restored cellulose hydrogel is not clear. The reason for this is considered to be that the stress is insensitive to the difference in the internal structure of the cellulose hydrogel as described above. Therefore, it is clear that the conventional method cannot evaluate the restoration characteristics of cellulose hydrogel.
Claims (7)
前記セルロースハイドロゲルの応力歪関係を取得する方法であって、
前記セルロースハイドロゲルの前記面に圧力Pを与え、歪が平衡に達する時間t eq を得る工程をさらに含み、
前記工程Aを、圧力Pを与えてから時間t経過後にさらに同じ大きさの圧力Pを追加することにより実施し、当該tが0.1秒≦t≦t eq を満たす方法。 Including one or more surfaces of a cellulose hydrogel having a pair of substantially parallel surfaces while increasing the pressure, and measuring a strain generated in the cellulose hydrogel,
A method for obtaining a stress-strain relationship of the cellulose hydrogel ,
Further comprising the step of applying pressure P to the surface of the cellulose hydrogel to obtain a time t eq for the strain to reach equilibrium ,
A method in which the step A is carried out by adding a pressure P having the same magnitude after the time t has elapsed since the pressure P was applied, and the t satisfies 0.1 seconds ≦ t ≦ t eq .
(2)前記セルロースハイドロゲルaから水を除去してセルロースエアロゲルを調製し、当該セルロースエアロゲルを吸水させて復元セルロースハイドロゲルbを準備する工程、
(3)請求項1〜6のいずれかに記載の方法によってセルロースハイドロゲルaの応力歪関係を取得する工程、
(4)前記(3)で選択した方法と同じ方法によって復元セルロースハイドロゲルbの応力歪関係を取得する工程、
(5)両者の応力歪関係を比較する工程、
を含む、復元セルロースハイドロゲルbの復元特性を評価する方法。 (1) preparing a cellulose hydrogel a having a pair of substantially parallel surfaces;
(2) removing cellulose from the cellulose hydrogel a to prepare a cellulose aerogel, absorbing the cellulose aerogel to prepare the restored cellulose hydrogel b,
(3) The process of acquiring the stress-strain relationship of the cellulose hydrogel a by the method in any one of Claims 1-6 ,
(4) A step of acquiring a stress-strain relationship of the restored cellulose hydrogel b by the same method as the method selected in (3),
(5) a step of comparing the stress-strain relationship between the two,
A method for evaluating the restoring characteristics of the restored cellulose hydrogel b.
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