| 초록 |
연구개요 본 연구에서는 목질 바이오매스의 direct-microfibrillation을 위해 새로운 펄프화법을 개발하고 이를 통해 생산된 MFC에 탄산칼슘을 부착한 nano clay/MFC hybrid composite를 제조하여 초지공정에 적용함으로써 기존의 초지공정에서 사용되는 지력증강제나 보류제와 같은 약품의 사용을 극적으로 줄임과 동시에 펄프의 사용량 또한 줄일 수 있어 제지업계의 문제점을 해결하고자 하였다. 또한, 본 연구를 통해 제지용 원료, 나노셀룰로오스 제조 원료 및 용해용 셀룰로오스 제조 원료로써 사용 가능한 리그닌 함유 셀룰로오스계 미세물(전구물질)을 개발하게 되었다. 이를 활용하여 제지산업뿐만 아니라 기타 산업에도 적용 가능한 목질 바이오매스 유래 전구물질의 활용 가능성을 탐색하였다. 연구 목표대비 연구결과 Direct-microfibrillation을 위한 신규 펄프화법 개발을 위해 organosolv 펄프화법을 적용하였다. 기존 organosolv 펄프화법에 신규 약품을 도입하여 적용한 결과, 칩·활엽수 수종에 관계없이 펄프화 가능하였으며 수종에 따라 약간의 차이는 발생하지만 평균액비 1:2 이상, 60~90분, 100~120℃에서 펄프가 완성되었다. 이 펄프(LAS 펄프)는 기존 UKP보다 다소 낮은 점도를 가지지만 유사한 특성을 보이기 때문에 direct-microfibrillation에 의한 미세 섬유화 시료 조제가 가능하였다. 이 펄프로부터 MFC를 제조하였을 때 BKP MFC보다 공정 에너지 소비 절감 효과를 보였다. LAS MFC와 탄산칼슘을 혼합한 hybrid composite를 종이 제조에 적용한 결과, LAS MFC가 첨가됨에 따라 수초지 내 공극율이 감소되었고, 분산속도가 증가함에 따라 탄산칼슘이 MFC 표면에 골고루 분산되어 수초지에 적용됨에 따라 공극율이 점차 감소되었다. 그리고 건조 및 습윤 인장강도가 더욱 상승하는 결과를 도출할 수 있었다. 한편, 신소재용 전구물질로써 LCMFs를 제조하였을 때 촉매함량이 증가할수록 LCMFs 입자의 크기와 중합도가 감소하였으며 결정화도는 증가하다가 고 촉매함량에서 셀룰로오스 내 결정영역의 파괴가 일어나면서 결정화도가 급격히 감소되는 특징을 보였다. 이러한 LCMFs의 NaOH/urea 수용액에 대한 용해도는 1% 농도 기준으로 98%로 아주 높은 수준이며 LCMFs의 농도가 10%가 되어도 50% 수준의 용해도를 보여 고농도 용해 가능성을 확인하였다. 이를 활용하여 필름, 필라멘트, 재생섬유 등으로 재생하였을 때에도 충분한 기계적 특성을 보였기에 산업적 활용도를 기대해 볼 수 있을 것으로 판단된다. 연구개발결과의 중요성 기존의 화학펄프공정과는 다른 organosolv 펄프화 공정을 적용하여 direct-microfibrillation을 진행함으로써 기존의 공정에 비해 에너지 소비량(온도, 시간, 압력 등)이 확연히 감소되며 이에 따라 MFC 제조에 있어서도 비용절감 효과를 기대할 수 있다. 또한, 리그닌 첨가 MFC/nano clay hybrid를 제지공정에 적용하면 탈수능력 향상 및 강도향상 등을 기대할 수 있어서 종이 제조 공정에 있어서 건조 비용 감소 및 생산 단가를 줄일 수 있어서 공정 효율 향상을 기대할 수 있다. 마지막으로 리그닌이 포함된 미분화 시료의 간편한 생산으로 인해 리그노-셀룰로오스계 film, pellet, bio-composite, bio-plastic 및 carbon fiber 등의 전구물질로의 활용 가능성이 크다고 할 수 있다. (출처 : 요약문 2p) |
