(57)【要約】      （修正有）【課題】表面に微細構造を有するキトサンフィルムの製造方法の提供。【解決手段】キトサンフィルムの少なくとも一部に、以下の一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される少なくとも１種の芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液を接触させる酸処理工程と、酸処理したキトサンフィルムを酸化酵素を用いて酸化する酸化処理工程とを含むキトサンフィルムの製造方法。2016138166.tif 000007【選択図】図３
2016138166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キトサンフィルムの少なくとも一部に、以下の一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される少なくとも１種の芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液を接触させる酸処理工程と、酸処理したキトサンフィルムを酸化する酸化処理工程とを含む、表面に微細構造を有するキトサンフィルムの製造方法。
【化１】
2016138166.tif 000006
ここで、式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は同一または異なってもよく、水素原子、水酸基、炭素数１〜８の無置換または置換アルキル基、あるいは炭素数１〜８の無置換または置換アルコキシ基からなる置換基である。
【請求項２】
前記芳香族不飽和カルボン酸が、４−ヒドロキシ桂皮酸、フェルラ酸、シナピン酸、カフェ酸、２−ヒドロキシ桂皮酸、３，５−ジメチル−４−ヒドロキシ桂皮酸、およびα−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸から成る群から選択される少なくとも１種である、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液が、炭素数１〜４のアルコール、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、アセトン、酢酸エチル、およびクロロホルムから成る群から選択される少なくとも１種の溶媒を含む、請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記の酸処理したキトサンフィルムを、酸化酵素を用いて酸化する請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記酸化酵素が、ペルオキシダーゼまたはラッカーゼである請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記の酸化処理したキトサンフィルムを、１０〜１００℃で乾燥する請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法により製造され、表面に微細構造を有するキトサンフィルム。
【請求項８】
前記微細構造が、複数の突部と複数の溝部を有する微細凹凸構造である請求項７記載の表面に微細構造を有するキトサンフィルム。
【請求項９】
前記微細構造は、凹凸構造の平均周期が、１０ｎｍ〜１０００μｍである請求項８記載のキトサンフィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に微細構造を有するキトサンフィルムの製造方法およびそれを用いて製造されたキトサンフィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
キトサンは、グルコサミン残基またはＮ−アセチルグルコサミン残基がβ−１，４結合した構造を有するキチンを脱アセチル化して得られる多糖類である。キトサンは、生体適合性、抗菌性、保湿性等の機能を有しており、人工皮膚、縫合糸、人工透析膜、薬剤用カプセル等の医薬・医療分野、保湿剤や毛髪剤等の化粧品分野、食品添加物や健康食品等の食品分野、土壌改良剤や成長促進剤等の農業分野、排水処理剤等の工業分野等、様々な分野への応用が検討されている。
【０００３】
キトサンは水や有機溶媒には溶解しないが、酸性水溶液には溶解する。そのため、一般的には、キトサンを一旦酸性水溶液に溶解してから、流延や塗布等の成膜法を用いてキトサンフィルムを作製している。キトサンフィルム中に残留する酸は、耐水性低下の原因となるので、水洗して除去するか、あるいは酸性水溶液に界面活性剤等の添加剤を加えて除去する方法が検討されている（例えば、特許文献１または２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５２０１７号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００８／０７５４４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の通り、キトサンフィルムは流延や塗布等の成膜法を用いて作製され、無色の透明フィルムが得られる。しかし、キトサンフィルムの表面の構造を制御し、例えば規則的な微細構造を形成することができれば、キトサンフィルムに新たな特性を付与できる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、表面に微細構造を有するキトサンフィルムの製造方法およびそれを用いて得られるキトサンフィルムを提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決すべく、本発明者らは鋭意検討した結果、キトサンフィルムの少なくとも一部に芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液を接触させる方法を用いることで、表面にミクロンまたはナノスケールオーダーの皺状（リンクル）の微細構造を有するキトサンフィルムを製造することが可能なことを見出して本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明の表面に微細構造を有するキトサンフィルムの製造方法は、キトサンフィルムの少なくとも一部に、以下の一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される少なくとも１種の芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液を接触させる酸処理工程と、酸処理したキトサンフィルムを酸化する酸化処理工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
【化１】
2016138166.tif 000003
ここで、式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は同一または異なってもよく、水素原子、水酸基、炭素数１〜８の無置換または置換アルキル基、あるいは炭素数１〜８の無置換または置換アルコキシ基からなる置換基である。
【０００９】
また、本発明の表面に微細構造を有するキトサンフィルムは、上記の製造方法を用いて製造されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法によれば、表面にミクロンまたはナノスケールオーダーの微細構造を有するキトサンフィルムを容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】キトサンフィルムの写真であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例２、（Ｄ）は比較例１で得られたフィルムを示す。
【図２】実施例１，２および比較例１，２で得られたキトサンフィルムの光学的特性を示すグラフである。
【図３】キトサンフィルムのＳＥＭ写真であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例２、（Ｄ）は比較例１で得られたフィルムを示す。
【図４】実施例で得られたキトサンフィルムについて、浸漬温度を変化させた時のＳＥＭ写真を示す。
【図５】実施例で得られたキトサンフィルムについて、浸漬時間を変化させた時のＳＥＭ写真を示す。
【図６】実施例で得られたキトサン繊維の光学顕微鏡写真（Ａ）、およびＳＥＭ写真（Ｂ）、（Ｃ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の表面に微細構造を有するキトサンフィルムの製造方法について、図面等を参照して説明する。
【００１３】
本発明の表面に微細構造を有するキトサンフィルムの製造方法は、キトサンフィルムの少なくとも一部に、以下の一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表される少なくとも１種の芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液を接触させる酸処理工程と、酸処理したキトサンフィルムを酸化する酸化処理工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１４】
【化２】
2016138166.tif 000004
ここで、式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は同一または異なってもよく、水素原子、水酸基、炭素数１〜８の無置換または置換アルキル基、あるいは炭素数１〜８の無置換または置換アルコキシ基からなる置換基である。
【００１５】
本発明において、微細構造とは、ミクロンまたはナノオーダーの幅の凸部と凹部とが交互に配置された凹凸構造であり、具体例としては、皺状（リンクル）構造を挙げることができる。
【００１６】
本発明に用いるキトサンは、カニやエビ等の甲殻類の殻の主成分であるキチンを脱アセチル化して得られる多糖類である。キチンは、グルコサミン残基またはＮ−アセチルグルコサミン残基がβ−１，４結合した構造を有しているが、脱アセチル化によりアセトアミド基が加水分解され、一級アミノ基が生成する。生成したキトサンは水や有機溶媒には溶解せず、酸水溶液に溶解する。酸水溶液への溶解性の観点から、脱アセチル化度は５０〜１００％、好ましくは５０〜９０％、より好ましくは６０〜９０％である。ここで、脱アセチル化度とは、アセチル基のモル数をＡ、アミノ基のモル数をＢとした時、以下の式で表すことができ、１Ｈ−ＮＭＲやコロイド滴定法を用いて算出することができる。
脱アセチル化度（％）＝〔Ｂ／（Ａ＋Ｂ）〕×１００
また、キトサンの分子量には特に制限はないが、成膜性の観点から、数平均分子量（Ｍｎ）が、１０ｋＤａ〜１０００ｋＤａ、好ましくは１００ｋＤａ〜１０００ｋＤａ、より好ましくは１００ｋＤａ〜２００ｋＤａである。
【００１７】
詳細は不明であるが、以下の機構により微細構造が形成されるものと考えられる。
芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液をキトサンフィルムに接触させると、その溶液はキトサンフィルムの表面に浸透し、芳香族不飽和カルボン酸がキトサンフィルムの表面に吸着又は反応する。吸着した芳香族不飽和カルボン酸は、後で説明する酸化処理によりそのフェノール性部位が酸化され、吸着した芳香族不飽和カルボン酸同士が結合することで、キトサンの分子内または分子間で架橋反応が進行する。これにより、キトサンフィルムの表面には、内部層より硬い表面層が形成される。このキトサンフィルムを乾燥すると、表面方向への圧縮応力により表面層が収縮することで、微細構造が形成されるものと考えられる。なお、微細構造の形状や大きさは、内部層の変形と表面層の変形の両方の影響を受けることから、例えば、キトサンフィルムの内部層と架橋した表面層の硬さ、表面層の厚さを調整することにより、微細構造の形状や大きさを変化させることが可能であると考えられる。
【００１８】
本発明に用いる芳香族不飽和カルボン酸は、以下の一般式（Ｉ）〜（ＩＩＩ）で表されるヒドロキシ桂皮酸類である。
【００１９】
【化３】
2016138166.tif 000005
ここで、式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびＲ４は同一または異なってもよく、水素原子、水酸基、炭素数１〜８の無置換または置換アルキル基、あるいは炭素数１〜８の無置換または置換アルコキシ基からなる置換基である。
【００２０】
本発明に用いるヒドロキシ桂皮酸類の具体例としては、４−ヒドロキシ桂皮酸、フェルラ酸、シナピン酸、カフェ酸、２−ヒドロキシ桂皮酸、３，５−ジメチル−４−ヒドロキシ桂皮酸、およびα−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸を挙げることができる。本発明においては、これらのヒドロキシ桂皮酸類を１種または複数種用いることができる。好ましくは、フェルラ酸および／またはカフェ酸である。
【００２１】
本発明に用いるキトサンフィルムには、キトサンを酸性水溶液に溶解させてキトサン含有溶液を調製し、該キトサン含有溶液を乾燥させて作製したものを用いることができる。酸性水溶液のｐＨは、１．０〜５．０、好ましくは１．０〜３．０、より好ましくは２．０〜３．０である。酸性水溶液に用いる酸には、無機酸および有機酸を挙げることができる。無機酸の例としては塩酸を挙げることができる。有機酸の例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、およびトリクオロロ酢酸を挙げることができる。好ましくは有機酸であり、より好ましくは酢酸である。また、酸の除去を促進するために、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール等のアルコールを酸性水溶液に添加してもよい。その場合、アルコールの濃度は、酸性水溶液の５０〜９０体積％、好ましくは８０〜９０体積％である。
【００２２】
（成膜方法）
キトサンフィルムは、キトサン含有溶液を流延、塗布、噴霧、浸漬等の湿式コーティング方法を用いて、種々の固体基材上に成膜し、次いで４０〜９０℃の温度で乾燥することにより作製することができる。
【００２３】
また、キトサンフィルムの形状、大きさおよび厚さは特に限定されないが、厚さは、成膜性の観点から１００μｍ以下が好ましい。
【００２４】
（酸処理）
本発明では、キトサンフィルムの少なくとも一部に、少なくとも１種の芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液を接触させる酸処理を行う。この酸処理により、芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液はキトサンフィルムに浸透し、芳香族不飽和カルボン酸がキトサンフィルムに吸着する。ここで、接触とは、芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液でキトサンフィルムを濡らすことであり、キトサンフィルムの表面の所望の個所に芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液を滴下、流延、塗布、噴霧すること、あるいは芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液の中にキトサンフィルムの少なくとも一部を浸漬することを含む。接触条件を変化させることで、微細構造の形状や大きさを変化させることが可能である。例えば、接触時間は、厚さが１００μｍまでのフィルムであれば、６〜１２８時間、好ましくは１２〜４８時間、より好ましくは１２〜２４時間である。接触時間を長くすると、より微細な皺構造を作製することができる。また、接触時の雰囲気温度または浸漬させる溶液の温度は、１０℃〜９０℃、好ましくは２０℃〜８０℃、より好ましくは２０℃〜６０℃である。なお、接触時の雰囲気温度または浸漬させる溶液の温度が高い方が、より微細な皺構造が生成する。接触時間を長くすると、芳香族不飽和カルボン酸の吸着量が増加する結果および／または内部層まで膨潤する結果、内部層と表面層の硬さ（ヤング率）の差が大きくなり、表面方向への圧縮応力が大きくなることで、より微細な皺構造が形成されたものと考えられる。また、接触時の雰囲気温度または浸漬させる溶液の温度が高くなると、芳香族不飽和カルボン酸の吸着量又は反応量が増加する結果および／または内部層まで膨潤する結果、上記の接触時間を長くした場合と同様に、内部層と表面層の硬さ（ヤング率）の差が大きくなり、表面方向への圧縮応力が大きくなることで、より微細な皺構造が形成されたものと考えられる。また、表面層の硬さは、例えば、芳香族不飽和カルボン酸の濃度を調節したり、浸漬時間を変えたりすることにより調整することができる。
【００２５】
また、芳香族不飽和カルボン酸を含む溶液には、炭素数１〜４のアルコール、ジメチルスルホキシド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、アセトン、酢酸エチル、クロロホルムから成る群から選択される少なくとも１種の溶媒を用いることができる。芳香族不飽和カルボン酸の濃度は、０．０２ｇ／ｍｌ〜０．１ｇ／ｍｌ、好ましくは０．０５ｇ／ｍｌ〜０．１ｇ／ｍｌ、より好ましくは０．０５ｇ／ｍｌ〜０．０７５ｇ／ｍｌである。
【００２６】
（酸化処理）
本発明においては、酸処理したキトサンフィルムを酸化する酸化処理を行う。酸化処理により、キトサンフィルムに吸着した芳香族不飽和カルボン酸のフェノール性水酸基を酸化する。酸化には、化学酸化剤または酸化酵素を用いることができる。化学酸化剤の例としては、フェントン試薬や過マンガン酸カリウム、オゾン等を挙げることができる。酸化酵素の例としては、ペルオキシダーゼやラッカーゼを挙げることができる。酸化には、フェノール性水酸基に対してより選択性の高い酸化酵素を用いることが好ましい。さらに酸化酵素としてはペルオキシダーゼ、特にホースラディシュペルオキシダーゼが好ましい。
【００２７】
（乾燥処理）
酸化した後、キトサンフィルムを、１０〜１００℃、好ましくは２０〜５０℃、より好ましくは３０〜４０℃で乾燥する。乾燥することにより、表面方向への圧縮応力が大きくなり、キトサンフィルムの表面に微細な皺構造が生成する。乾燥雰囲気は、空気あるいは不活性雰囲気が好ましい。また、必要に応じて減圧下で乾燥させてもよい。
【００２８】
本発明の製造方法を用いて得られるキトサンフィルムは表面に微細構造を有する。微細構造とは、ミクロンまたはナノオーダーの幅の凸部と凹部が交互に配置された凹凸構造であり、具体例としては、皺状（リンクル）構造を挙げることができる。例えば、隣接する凸部の頂部または中心点の間隔で規定される凹凸構造の平均周期が、１０ｎｍ〜１０００μｍ、好ましくは１０ｎｍ〜５００μｍ、より好ましくは１０ｎｍ〜２００μｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍである。
【００２９】
なお、本発明の製造方法は、キトサンフィルムに限定されず、キトサン繊維、キトサン粒子およびキトサン不織布等の他の形状のキトサンに対しても適用でき、繊維、粒子や不織布の表面に微細構造を形成することができる。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明を実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００３１】
実施例１
（キトサンフィルムの作製）
キトサン（甲陽ケミカル株式会社製、コーヨーキトサンＦＬ−８０）  ２．０ｇを０．５重量％酢酸水溶液１００ｍＬに溶解し、キトサン水溶液とした。その１０ｍＬをテフロンシャーレ（直径５．０ｃｍ）に加えて、脱気した。その後、大気雰囲気中、６０℃で２４時間静置した。その後、さらに６０℃で１時間減圧乾燥してキトサンフィルムを得た。
【００３２】
（酸処理）
フェルラ酸（東京化成製）１．０ｇを２０ｍＬのメタノールに溶かして、メタノール溶液とした。キトサンフィルムをそのメタノール溶液に浸漬し、４０℃で２４時間静置した。
【００３３】
（酸化処理）
浸漬したフィルムをメタノールで洗浄した後、純水１０ｍＬに浸漬し、そこにペルオキシダーゼ（東洋紡製）水溶液１ｍＬ（１２５ユニット）、３０％過酸化水素水溶液２００μＬを加えた。５分間振とうした後、２５℃で２４時間静置した。
【００３４】
（乾燥処理）
溶液からフィルムを取り出しテフロンシャーレに移し、大気雰囲気下、４０℃で乾燥した。
【００３５】
（ＳＥＭによる表面観察）
適当な大きさに裁断したフィルム上に、イオンスパッターにて約２ｎｍのＰｔ層を形成し、サンプルとした。測定には、ＦＥ−ＳＥＭ（日本電子製  ＪＳＭ−６７００Ｆ）を用いた。
【００３６】
実施例２
フェルラ酸に代えてカフェ酸を用いた以外は、実施例１の方法と同様に行った。
【００３７】
実施例３
キトサンフィルムのメタノール溶液への浸漬時間を２４時間から１６８時間に延長した以外は、実施例１の方法と同様に行った。
【００３８】
実施例４
キトサンフィルムのメタノール溶液への浸漬時間を２４時間から１６８時間に延長した以外は、実施例２の方法と同様に行った。
【００３９】
実施例５
キトサンフィルムのメタノール溶液への浸漬温度を、２０℃、３０℃、５０℃、および６０℃に変化させた以外は、実施例１の方法と同様に行った。
【００４０】
実施例６
キトサンフィルムのメタノール溶液への浸漬温度を、５０℃、および６０℃に変化させた以外は、実施例２の方法と同様に行った。
【００４１】
実施例７
（キトサン繊維の作製）
１％酢酸水溶液で調製した１０ｗｔ%  キトサン水溶液をシリンジ（針の内径：１．２０ｍｍ）に充填し、アセトン中に射出した。得られた繊維を乾燥することで、キトサン繊維を得た（直径１５０μｍ程度）。
【００４２】
（酸処理）
フェルラ酸（東京化成製）１．０ｇを２０ｍＬのメタノールに溶かして、メタノール溶液とした。キトサン繊維をそのメタノール溶液に浸漬し、６０℃で２４時間静置した。
【００４３】
（酸化処理）
浸漬したキトサン繊維をメタノールで洗浄した後、純水１０ｍＬに浸漬し、そこにペルオキシダーゼ（東洋紡製）水溶液１ｍＬ（１２５ユニット）、３０％過酸化水素水溶液２００μＬを加えた。５分間振とうした後、２５℃で２４時間静置した。
【００４４】
（乾燥処理）
溶液からキトサン繊維を取り出しテフロンシャーレに移し、大気雰囲気下、４０℃で乾燥した。
【００４５】
（ＳＥＭによる表面観察）
適当な大きさに裁断したキトサン繊維上に、イオンスパッターにて約２ｎｍのＰｔ層を形成し、サンプルとした。測定には、ＦＥ−ＳＥＭ（日本電子製  ＪＳＭ−６７００Ｆ）を用いた。
【００４６】
比較例１
フェルラ酸を用いず、および酸化処理を行わなかった以外は、実施例１の方法と同様に行った。
【００４７】
比較例２
フェルラ酸に代えてカテコール（東京化成製）を用いた以外は、実施例１の方法と同様に行った。
【００４８】
（結果）
図１は、キトサンフィルムの写真であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例２、（Ｄ）は比較例１で得られたフィルムを示す。また、図２は、それらフィルムの光学的特性を示すグラフである。フェルラ酸とカフェ酸を用いた場合、フィルムは着色し、可視域（４００〜８００ｎｍ）における透過率は実質的にゼロであった。これに対し、カテコールを用いた場合、フィルムは着色するが、透明性を有していた。
【００４９】
図３は、キトサンフィルムのＳＥＭ写真であり、（Ａ）は実施例１、（Ｂ）は実施例２、（Ｃ）は比較例２、（Ｄ）は比較例１で得られたフィルムを示す。フェルラ酸とカフェ酸を用いた場合、ミクロンオーダーの周期を有する皺状の微細構造を有することが確認できた。凹凸構造の平均周期は、実施例１では約２μｍ、実施例２では約４０μｍであった。一方、カテコールを用いた場合、そのような微細構造は認められなかった。また、図４は、浸漬温度を変化させた時のＳＥＭ写真を示す。フェルラ酸とカフェ酸を用いたいずれの場合も、浸漬温度を高くすると、より微細な皺状構造が得られた。特に、フェルラ酸の場合、６０℃で約３００ｎｍ程度の平均周期を有する皺状構造が得られた。また、図５は、浸漬時間を変化させた時のＳＥＭ写真を示す。フェルラ酸とカフェ酸を用いたいずれの場合も、浸漬時間を長くすることで、より微細な皺状構造が得られることを確認できた。
【００５０】
図６の（Ａ）はキトサン繊維の光学顕微鏡写真、（Ｂ）は（Ａ）の一部拡大ＳＥＭ写真、（Ｃ）は（Ｂ）の拡大ＳＥＭ写真である。キトサン繊維を用いても約５００ｎｍ程度の平均周期の凹凸構造が得られることを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、表面の微細構造を利用して種々の形状のキトサンに新たな特性を付与することが可能となる。例えば、紫外線を透過させないことから紫外線遮蔽材料として使用できる可能性がある。また、可視光も透過させないことから、遮光材料としても使用できる可能性がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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