[학위논문]리튬브로마이드 수용액을 이용한 셀룰로오스계 수화겔 제조 : 신규의 환경친화적인 셀룰로오스 용제를 이용한 천연고분자 복합체 제조 Cellulose-based hydrogels prepared in aqueous lithium bromide solution원문보기
셀룰로오스는 글루코오스가 β-1,4-glycoside 결합한 직선상 고분자로 분자내 및 분자간 수소결합과 van der Waals force에 의해 마이크로피브릴을 형성하여 이루어진 결정성 형태를 갖고 있다. 이러한 결정성 형태는 물, 유기용매에 녹지 않고 ...
Ⅰ. 리튬브로마이드 수용액을 이용한 셀룰로오스 용해 및 수화겔 제조 1. 초록
셀룰로오스는 글루코오스가 β-1,4-glycoside 결합한 직선상 고분자로 분자내 및 분자간 수소결합과 van der Waals force에 의해 마이크로피브릴을 형성하여 이루어진 결정성 형태를 갖고 있다. 이러한 결정성 형태는 물, 유기용매에 녹지 않고 열가소성이 없어 성형성의 제한을 갖고 있다. 현재까지 발견된 셀룰로오스 용제는 독성을 가져 환경오염을 유발하는 문제점이 있으며 셀룰로오스의 응고 및 재생을 위해 알콜, 아세톤 등의 유기용매를 사용이 필요하고, 셀룰로오스를 재생하기 위해 사용되어진 용제 및 유기용매를 제거하기 위해 다량의 물을 사용해야 하는 고비용의 과정을 거치게 된다. 새로이 탐색된 Lithium bromide(LiBr) 포화염용액은 환경 친화적인 방법으로 셀룰로오스의 용해/재생이 가능하다. 별도의 유기용매의 사용 없이 52-60 wt% 리튬브로마이드 수용액 110-130℃에 셀룰로오스를 넣으면 1시간 이내에 모두 용해가 된다. 셀룰로오스가 완전히 용해된 용액의 온도를 약 70~80℃로 낮추게 되면 고온에서 분산된 셀룰로오스 분자들이 다시 엉키면서 셀룰로오스가 재생되어 겔화된다. LiBr 용액의 농도가 낮거나 처리온도가 낮으면 용해되는 시간이 오래 걸리며 용해된 액체는 겔화가 일어나지 않았다. 이것은 셀룰로오스의 중합도 저하가 급격히 발생되어 고분자의 셀룰로오스가 저분자화되어 셀룰로오스 분자간 얽힘 현상이 일어나지 않기 때문이라 판단된다. 생성된 셀룰로오스 수화겔은 겔화 온도 이상의 열처리를 통해 다시 용액으로 되돌아가는 가역적 반응을 보였다. 겔화된 재생셀룰로오스를 증류수로 세척하여 염을 제거해주면 투명한 겔을 얻을 수 있다. 셀룰로오스는 용해/재생 과정 동안에 셀룰로오스의 중합도는 약간 감소되었지만 화학적으로 분해되지는 않았다. X-선 회절 분석 결과 셀룰로오스의 결정구조가 셀룰로오스Ⅰ에서 셀룰로오스Ⅱ로 변화되어 기존의 셀룰로오스 구조를 완전히 잃은 것을 확인할 수 있었다. SEM 관찰을 통해 재생된 셀룰로오스 수화겔은 셀룰로오스 피브로인이 서로 연결되어 3차원 다공성 구조를 확인하였다. LiBr 용액 농도가 일정하고 처리온도를 높이거나, 처리온도는 일정하고 LiBr 농도를 낮추면 셀룰로오스의 중합도가 저하되어짐을 알 수 있었다. LiBr 농도 및 처리온도에 따라 용해시간의 차이가 발생되어 일어나는 현상으로 두 조건에 따라 셀룰로오스의 글루코오스 간 글리코시드 결합의 절단이 일어나는 것으로 판단된다.
Ⅰ. 리튬브로마이드 수용액을 이용한 셀룰로오스 용해 및 수화겔 제조 1. 초록
셀룰로오스는 글루코오스가 β-1,4-glycoside 결합한 직선상 고분자로 분자내 및 분자간 수소결합과 van der Waals force에 의해 마이크로피브릴을 형성하여 이루어진 결정성 형태를 갖고 있다. 이러한 결정성 형태는 물, 유기용매에 녹지 않고 열가소성이 없어 성형성의 제한을 갖고 있다. 현재까지 발견된 셀룰로오스 용제는 독성을 가져 환경오염을 유발하는 문제점이 있으며 셀룰로오스의 응고 및 재생을 위해 알콜, 아세톤 등의 유기용매를 사용이 필요하고, 셀룰로오스를 재생하기 위해 사용되어진 용제 및 유기용매를 제거하기 위해 다량의 물을 사용해야 하는 고비용의 과정을 거치게 된다. 새로이 탐색된 Lithium bromide(LiBr) 포화염용액은 환경 친화적인 방법으로 셀룰로오스의 용해/재생이 가능하다. 별도의 유기용매의 사용 없이 52-60 wt% 리튬브로마이드 수용액 110-130℃에 셀룰로오스를 넣으면 1시간 이내에 모두 용해가 된다. 셀룰로오스가 완전히 용해된 용액의 온도를 약 70~80℃로 낮추게 되면 고온에서 분산된 셀룰로오스 분자들이 다시 엉키면서 셀룰로오스가 재생되어 겔화된다. LiBr 용액의 농도가 낮거나 처리온도가 낮으면 용해되는 시간이 오래 걸리며 용해된 액체는 겔화가 일어나지 않았다. 이것은 셀룰로오스의 중합도 저하가 급격히 발생되어 고분자의 셀룰로오스가 저분자화되어 셀룰로오스 분자간 얽힘 현상이 일어나지 않기 때문이라 판단된다. 생성된 셀룰로오스 수화겔은 겔화 온도 이상의 열처리를 통해 다시 용액으로 되돌아가는 가역적 반응을 보였다. 겔화된 재생셀룰로오스를 증류수로 세척하여 염을 제거해주면 투명한 겔을 얻을 수 있다. 셀룰로오스는 용해/재생 과정 동안에 셀룰로오스의 중합도는 약간 감소되었지만 화학적으로 분해되지는 않았다. X-선 회절 분석 결과 셀룰로오스의 결정구조가 셀룰로오스Ⅰ에서 셀룰로오스Ⅱ로 변화되어 기존의 셀룰로오스 구조를 완전히 잃은 것을 확인할 수 있었다. SEM 관찰을 통해 재생된 셀룰로오스 수화겔은 셀룰로오스 피브로인이 서로 연결되어 3차원 다공성 구조를 확인하였다. LiBr 용액 농도가 일정하고 처리온도를 높이거나, 처리온도는 일정하고 LiBr 농도를 낮추면 셀룰로오스의 중합도가 저하되어짐을 알 수 있었다. LiBr 농도 및 처리온도에 따라 용해시간의 차이가 발생되어 일어나는 현상으로 두 조건에 따라 셀룰로오스의 글루코오스 간 글리코시드 결합의 절단이 일어나는 것으로 판단된다.
Cellulose is extremely difficult to dissolve in water and most conventional organic solvents because of its highly crystalline structure composed of numerous inter- and intramolecular hydrogen bonds. Many solvents have been developed for the dissolution of cellulose but they all suffer from drawback...
Cellulose is extremely difficult to dissolve in water and most conventional organic solvents because of its highly crystalline structure composed of numerous inter- and intramolecular hydrogen bonds. Many solvents have been developed for the dissolution of cellulose but they all suffer from drawbacks including toxicity, difficulty of recycling, high cost, and their instability in processes. A new all-aqueous process of the dissolution/regeneration of cellulose was developed. Cellulose was completely dissolved in the 54-60 wt% lithium bromide aqueous solutions in the temperature range of 110-130°C within a dissolution time of one hour. The dissolved solution formed a translucent gel after cooling down to approximately 70°C. Upon heating, the gel melted again and the solution solidified by cooling repeatedly. This solvent system can also dissolve the silk fibroin that has good biocompatibility and biodegradability. The purpose of this study was to prepare cellulose-silk hydrogels by using aqueous lithium bromide solution and investigate the properties of them. Silk dissolved in 60 wt% lithium bromide solution at 80°C for 4 hours was added to the solution of cellulose dissolved in 60 wt% lithium bromide solution at 120°C for 20 minutes. The contents of silk in the hydrogels were 0.6, 1 and 1.4 times higher than cellulose. The mixture solution of cellulose and silk was cooled down to approximately 70°C and formed a translucent gel. The gel was treated in MeOH and washed in deionized water to remove the lithium bromide. The yields of silk in hydrogels were almost 100%, which resulted from the structural change of silk with β-sheet known as insolubility structure. The X-ray diffraction patterns revealed that the gels were induced a crystalline structural change to silk II. The cellulose-silk aerogels showed a three-dimensional porous structure interconnected by numerous fibrils. SEM image of cellulose fibril exhibited a fine and uniform surface. However, the surfaces of cellulose-silk aerogels showed rougher with increase in the content of silk. The preparation of the gels using this method opens up new possibilities for the use of composites in various advanced nano-porous materials.
Cellulose is extremely difficult to dissolve in water and most conventional organic solvents because of its highly crystalline structure composed of numerous inter- and intramolecular hydrogen bonds. Many solvents have been developed for the dissolution of cellulose but they all suffer from drawbacks including toxicity, difficulty of recycling, high cost, and their instability in processes. A new all-aqueous process of the dissolution/regeneration of cellulose was developed. Cellulose was completely dissolved in the 54-60 wt% lithium bromide aqueous solutions in the temperature range of 110-130°C within a dissolution time of one hour. The dissolved solution formed a translucent gel after cooling down to approximately 70°C. Upon heating, the gel melted again and the solution solidified by cooling repeatedly. This solvent system can also dissolve the silk fibroin that has good biocompatibility and biodegradability. The purpose of this study was to prepare cellulose-silk hydrogels by using aqueous lithium bromide solution and investigate the properties of them. Silk dissolved in 60 wt% lithium bromide solution at 80°C for 4 hours was added to the solution of cellulose dissolved in 60 wt% lithium bromide solution at 120°C for 20 minutes. The contents of silk in the hydrogels were 0.6, 1 and 1.4 times higher than cellulose. The mixture solution of cellulose and silk was cooled down to approximately 70°C and formed a translucent gel. The gel was treated in MeOH and washed in deionized water to remove the lithium bromide. The yields of silk in hydrogels were almost 100%, which resulted from the structural change of silk with β-sheet known as insolubility structure. The X-ray diffraction patterns revealed that the gels were induced a crystalline structural change to silk II. The cellulose-silk aerogels showed a three-dimensional porous structure interconnected by numerous fibrils. SEM image of cellulose fibril exhibited a fine and uniform surface. However, the surfaces of cellulose-silk aerogels showed rougher with increase in the content of silk. The preparation of the gels using this method opens up new possibilities for the use of composites in various advanced nano-porous materials.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.