숙신산 무수물로 개질된 셀룰로오스 나노 섬유 제작 및 응용

Abstract

근래 환경오염과 건강에 대해 관심이 커지면서 환경친화적이고 생체친화적인 물질의 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 널리 사용되고 있는 석유 기반 합성고분자가 가지고 있는 특징 중 하나는 화학적 비활성이다. 이러한 특성 때문에 합성고분자는 분해성이 없어 처리가 곤란하여 환경오염의 주범이 되고 있다. 본 연구에서는 지구상에서 가장 풍부한 천연고분자인 셀룰로오스를 이용하여 연구를 진행하였다. 셀룰로오스는 매우 풍부한 양, 우수한 기계적 특성, 생체적합성, 생분해성, 무독성 등 매우 많은 장정을 가지고 있음에도 불구하고 물에 녹지 않는 특성과 단단한 분자결합을 끊기 어려워 실생활에 많이 사용되지 않고 있다. 많은 연구에서 셀룰로오스를 물에 분산시키고, 분자결합을 끊기 위해 NaOH/Urea, TEMPO, LiCl/DMAc 등 이온성 용매 혹은 유기용매를 이용하여 화학적 처리를 하였다. 본 연구에서는 셀룰로오스의 장점들은 살리고 단점을 극복하기 위해 숙신산 무수물(Succinic anhydride)을 이용하여 셀룰로오스 분자에 있는 수산기(-OH)를 친수성인 카르복실기(-COOH)로 표면개질 하였다. 직경이 마이크로 단위의 숙신산 무수물 표면개질 셀룰로오스(SA CNF)를 나노 섬유화 하기 위해 수중대향충돌 방식(Aqueous Counter Collision, ACC)을 이용하였다. 수중대향충돌 방식은 물에 분산시킨 SA CNF를 강한 압력으로 분출하여 충돌시키고 그 충돌에너지로 인해 셀룰로오스 간의 수소 결합이 끊겨 나노 섬유화를 시킨다. SA CNF를 물에 분산시켜 나노 섬유화를 하였기 때문에 잔여 화학물질이 생기지 않으며, 복잡한 공정 없이 나노 섬유화가 가능하고 한번에 많은 양을 만들 수 있다. 수중대향충돌의 변수는 분사압력, 노즐의 직경, 패스횟수가 있는데, 본 연구에서는 분사압력과 노즐의 직경은 고정하고 패스횟수를 변수로 두고 나노 섬유화 정도를 관찰하였다. 나노 섬유화된 SA CNF 분산액을 이용하여 PET 기판에 코팅하여 투명한 패키징용 필름을 제작하고, 투명한 패키징용 필름의 산소차단성을 측정하여 패키징용 필름에 적합성을 증명하였다.