셀룰로오스 나노섬유(CNF)는 고압균질기에의해 여러 번 통과되어 셀룰로오스 분말로부터 얻어진다. 본 연구에서는 매우 높은 인장 강도의 나노종이를 구현하고자 셀룰로오스 나노섬유를 사용하였다. 화학적 개질과 균질기 통과 횟수의 증가로 인해 나노종이의 인장탄성율과 강도가 증가하게 된다. 셀룰로오스 나노종이의 높은 인장물성은 표면적 증가, 결정성 향상, 균질기에 의한 ...
셀룰로오스 나노섬유(CNF)는 고압균질기에의해 여러 번 통과되어 셀룰로오스 분말로부터 얻어진다. 본 연구에서는 매우 높은 인장 강도의 나노종이를 구현하고자 셀룰로오스 나노섬유를 사용하였다. 화학적 개질과 균질기 통과 횟수의 증가로 인해 나노종이의 인장탄성율과 강도가 증가하게 된다. 셀룰로오스 나노종이의 높은 인장물성은 표면적 증가, 결정성 향상, 균질기에 의한 수소결합 사이트, 셀룰로오스의 나노섬유간의 3차원적 네트워크 구조 그리고 인장시험 동안의 응력 분포의 향상에 기인한다.
매우 강한 인장성능을 갖는 셀룰로오스 나노필름은 감압여과장치를 이용하여 제조한다음, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoroctyltriethoxysilane (PFOTES)를 사용하여 용액 함침법에 의해 화학적으로 표면을 개질하여 제조한다. 나노필름의 인장 물성은 필름 표면에 자기조립단분자막 형성을 통해 향상되었다. PFOTES 농도의 증가와 함께 나노필름의 수분 접촉각(WCA)이 130.1° 까지 증가하는 소수성 특성을 보였다. 고착된 물방울 접촉각에서는 함침시간과 PFOTES 농도가 클수록 소수성 특성이 향상되어 줄어드는 WCA값의 기울기가 감소하는 것을 알 수 있다.
미결정 셀룰로오스(MCC)를 고압균질기 20000 psi 에서 0,1,2,5,10,15,
20회를 통과시켜 CNF를 얻는다. CNF가 강화된 hydroxypropyl cellulose (HPC)필름은 다양한 CNF의 함량에 따라 제조된다. 주사전자현미경을 통해서 균질화 공정에 의해 셀룰로오스 섬유가 나노크기와 높은 종횡비값을 갖는 나노섬유가 된 것을 알 수 있다. 균질기를 5에서 10회 통과하여 만들어진 CNF로 HPC 필름에 보강하여 HPC 필름의 인장 강도와 인장 탄성율을 보다 향상시켰다. HPC 필름의 열안정성에서는 MCC가 HPC보다 열적인 안정성이 우수하나 셀룰로오스 나노섬유의 첨가로 인한 영향은 없었다. 그러나 CNF와 높은 인장물성의 복합체를 균질화 공정의 적용을 통해 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 아이소프로필 알코올과 물을 다양한 부피 비로 혼합하여 셀룰로오스 물질로부터 얻은 CNF를 이용한 나노구조의 분리막을 연구하였다. CNF 분리막의 다공성 구조와 기공 크기의 조절은 리튬이온 배터리에 적용되도록 하였다. 용매의 처리 효과를 통한 CNF 분리막과 상용화된 PE/PP/PE 분리막과의 cell 성능을 비교 실험하였다. CNF 분리막의 공기 투과도는 상용화된 분리막보다 낮은 성능을 보이고, 저항은 높았으며, 이온전도도 또한 낮았다. 전기적인 화학 안정성 면에서는 CNF 분리막이 상용화된 분리막보다 우수하였다. 저전압 특성평가에서는 CNF 분리막이 약간 높았다. 게다가 다양한 전류밀도에서의 방전 용량은 상용화된 분리막 보다 낮은 값을 보였다. 율방전율의 성능에서 CNF 분리막이 상용화된 분리막 보다 낮은 이온 전도도를 보임을 알 수있다.
셀룰로오스 나노섬유(CNF)는 고압균질기에의해 여러 번 통과되어 셀룰로오스 분말로부터 얻어진다. 본 연구에서는 매우 높은 인장 강도의 나노종이를 구현하고자 셀룰로오스 나노섬유를 사용하였다. 화학적 개질과 균질기 통과 횟수의 증가로 인해 나노종이의 인장탄성율과 강도가 증가하게 된다. 셀룰로오스 나노종이의 높은 인장물성은 표면적 증가, 결정성 향상, 균질기에 의한 수소결합 사이트, 셀룰로오스의 나노섬유간의 3차원적 네트워크 구조 그리고 인장시험 동안의 응력 분포의 향상에 기인한다.
매우 강한 인장성능을 갖는 셀룰로오스 나노필름은 감압여과장치를 이용하여 제조한다음, 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoroctyltriethoxysilane (PFOTES)를 사용하여 용액 함침법에 의해 화학적으로 표면을 개질하여 제조한다. 나노필름의 인장 물성은 필름 표면에 자기조립단분자막 형성을 통해 향상되었다. PFOTES 농도의 증가와 함께 나노필름의 수분 접촉각(WCA)이 130.1° 까지 증가하는 소수성 특성을 보였다. 고착된 물방울 접촉각에서는 함침시간과 PFOTES 농도가 클수록 소수성 특성이 향상되어 줄어드는 WCA값의 기울기가 감소하는 것을 알 수 있다.
미결정 셀룰로오스(MCC)를 고압균질기 20000 psi 에서 0,1,2,5,10,15,
20회를 통과시켜 CNF를 얻는다. CNF가 강화된 hydroxypropyl cellulose (HPC)필름은 다양한 CNF의 함량에 따라 제조된다. 주사전자현미경을 통해서 균질화 공정에 의해 셀룰로오스 섬유가 나노크기와 높은 종횡비값을 갖는 나노섬유가 된 것을 알 수 있다. 균질기를 5에서 10회 통과하여 만들어진 CNF로 HPC 필름에 보강하여 HPC 필름의 인장 강도와 인장 탄성율을 보다 향상시켰다. HPC 필름의 열안정성에서는 MCC가 HPC보다 열적인 안정성이 우수하나 셀룰로오스 나노섬유의 첨가로 인한 영향은 없었다. 그러나 CNF와 높은 인장물성의 복합체를 균질화 공정의 적용을 통해 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 아이소프로필 알코올과 물을 다양한 부피 비로 혼합하여 셀룰로오스 물질로부터 얻은 CNF를 이용한 나노구조의 분리막을 연구하였다. CNF 분리막의 다공성 구조와 기공 크기의 조절은 리튬이온 배터리에 적용되도록 하였다. 용매의 처리 효과를 통한 CNF 분리막과 상용화된 PE/PP/PE 분리막과의 cell 성능을 비교 실험하였다. CNF 분리막의 공기 투과도는 상용화된 분리막보다 낮은 성능을 보이고, 저항은 높았으며, 이온전도도 또한 낮았다. 전기적인 화학 안정성 면에서는 CNF 분리막이 상용화된 분리막보다 우수하였다. 저전압 특성평가에서는 CNF 분리막이 약간 높았다. 게다가 다양한 전류밀도에서의 방전 용량은 상용화된 분리막 보다 낮은 값을 보였다. 율방전율의 성능에서 CNF 분리막이 상용화된 분리막 보다 낮은 이온 전도도를 보임을 알 수있다.
Cellulose nanofibrils (CNFs) were manufactured from cellulose powder (45 mm particle size) using a high pressure homogenizer with various pass numbers. In the present study, the CNFs were used to prepare nanopapers of extremely high tensile performance. Chemical modifications with the increased pass...
Cellulose nanofibrils (CNFs) were manufactured from cellulose powder (45 mm particle size) using a high pressure homogenizer with various pass numbers. In the present study, the CNFs were used to prepare nanopapers of extremely high tensile performance. Chemical modifications with the increased pass number through the homogenizer provided the dramatically increased tensile modulus and strength of the nanopapers. The high tensile properties are related to the increased surface area, improved crystallinity, hydrogen bonding sites by the homogenization, 3-dimension network structure between the cellulose nanofibrils, and improved stress distribution during the tensile test.
Cellulose nanofilms with extremely high tensile performance were fabricated by a vacuum filtration method, and then chemically-modified with 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoroctyltriethoxysilane (PFOTES) by a solution-immersion method. The tensile properties of the treated nanofilms were significantly increased by the self-assembled monolayer (SAM) formation on the surface. With the increase of the PFOTES concentration, the water contact angle (WCA) value of the nanofilms increased up to 130.1o, showing an excellent hydrophobic characteristic. From a sessile water droplet method, the slope of the decaying WCA values of the treated nanofilms decreased with increasing the immersion time and PFOTES concentration, indicating the improved hydrophobicity.
CNFs were prepared from starting material microcrystalline cellulose (MCC) by an application of high pressure homogenizer at 20,000 psi and treatment consisting of 0, 1, 2, 5, 10, 15 and 20 passes. Hydroxypropyl cellulose (HPC) films reinforced with those cellulose nanofibrils were prepared at different filler loading levels. According to the morphology study by scanning electron microscope (SEM), the complete filbrillation of the bulk cellulose fibrils to nano scale and high aspect ratio was accomplished by the homogenization process. The HPC film reinforced with cellulose fibrils after the 5 to 10 passes through homogenizer improved significantly the tensile modulus and strength values for the HPC films. The thermal stability of HPC films is not affected by the addition of the cellulose nanofibrils, although MCC has the lower thermal stability than neat HPC. Therefore, the development of novel CNFs and composites with high strength can be achieved by an application of the homogenization process.
In the present study, the nanostructured separators using CNFs (with diameter of 20-50 nm and lengths of hundreds of nanometer) were developed from cellulose materials by introducing isopropyl alcohol/water systems as a solvent at different volume ratios. A control of the porous structure and pore size of the CNF separators was conducted for an application in lithium ion batteries. The effects of the solvent treatment for the CNF films on the cell performance were investigated in comparison with a commercialized PP/PE/PP separator. The air permeability of the CNF separators is considerably lower than that of the PP/PE/PP separator, providing the higher resistance and lower conductivity of the CNF separators. The electrochemical stability of the separator from the CNFs was highly comparable to that of a commercialized PP/PE/PP separator. From the open circuit voltage drop of the CNF separator were slightly higher than that of PP/PE/PP separator. In addition, the discharge capacities of the CNF separators at various discharge current densities are slighly lower than those of the commercialized PP/PE/PP separator.
Cellulose nanofibrils (CNFs) were manufactured from cellulose powder (45 mm particle size) using a high pressure homogenizer with various pass numbers. In the present study, the CNFs were used to prepare nanopapers of extremely high tensile performance. Chemical modifications with the increased pass number through the homogenizer provided the dramatically increased tensile modulus and strength of the nanopapers. The high tensile properties are related to the increased surface area, improved crystallinity, hydrogen bonding sites by the homogenization, 3-dimension network structure between the cellulose nanofibrils, and improved stress distribution during the tensile test.
Cellulose nanofilms with extremely high tensile performance were fabricated by a vacuum filtration method, and then chemically-modified with 1H, 1H, 2H, 2H-perfluoroctyltriethoxysilane (PFOTES) by a solution-immersion method. The tensile properties of the treated nanofilms were significantly increased by the self-assembled monolayer (SAM) formation on the surface. With the increase of the PFOTES concentration, the water contact angle (WCA) value of the nanofilms increased up to 130.1o, showing an excellent hydrophobic characteristic. From a sessile water droplet method, the slope of the decaying WCA values of the treated nanofilms decreased with increasing the immersion time and PFOTES concentration, indicating the improved hydrophobicity.
CNFs were prepared from starting material microcrystalline cellulose (MCC) by an application of high pressure homogenizer at 20,000 psi and treatment consisting of 0, 1, 2, 5, 10, 15 and 20 passes. Hydroxypropyl cellulose (HPC) films reinforced with those cellulose nanofibrils were prepared at different filler loading levels. According to the morphology study by scanning electron microscope (SEM), the complete filbrillation of the bulk cellulose fibrils to nano scale and high aspect ratio was accomplished by the homogenization process. The HPC film reinforced with cellulose fibrils after the 5 to 10 passes through homogenizer improved significantly the tensile modulus and strength values for the HPC films. The thermal stability of HPC films is not affected by the addition of the cellulose nanofibrils, although MCC has the lower thermal stability than neat HPC. Therefore, the development of novel CNFs and composites with high strength can be achieved by an application of the homogenization process.
In the present study, the nanostructured separators using CNFs (with diameter of 20-50 nm and lengths of hundreds of nanometer) were developed from cellulose materials by introducing isopropyl alcohol/water systems as a solvent at different volume ratios. A control of the porous structure and pore size of the CNF separators was conducted for an application in lithium ion batteries. The effects of the solvent treatment for the CNF films on the cell performance were investigated in comparison with a commercialized PP/PE/PP separator. The air permeability of the CNF separators is considerably lower than that of the PP/PE/PP separator, providing the higher resistance and lower conductivity of the CNF separators. The electrochemical stability of the separator from the CNFs was highly comparable to that of a commercialized PP/PE/PP separator. From the open circuit voltage drop of the CNF separator were slightly higher than that of PP/PE/PP separator. In addition, the discharge capacities of the CNF separators at various discharge current densities are slighly lower than those of the commercialized PP/PE/PP separator.
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