셀룰로오스는 자연계에 가장 많이 존재하는 천연 고분자 물질로 우수한 기계적 강도와 낮은 밀도, 생분해성 등의 많은 장점을 가지고 있다. 이러한 셀룰로오스에 물리적 힘을 가하여 나노 직경의 섬유로 만든 것을 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril)라 한다. 셀룰로오스 나노섬유는 결정영역과 비결정영역으로 구성되어 있으며, 이 두 가지 영역이 교차로 존재하고 있는 것이 일반적으로 알려진 셀룰로오스 나노섬유의 구조이다. 셀룰로오스의 결정영역은 셀룰로오스 분자들이 규칙적으로 배열 되어있어 이 구조로부터 우수한 기계적 물성이 나타난다. 셀룰로오스의 비결정 영역에는 셀룰로오스 분자들이 무정형의 사슬(amorphous chain)형태로 존재하고 있으며 사슬 표면의 수산기(hydroxyl group)를 응용한 다양한 방식의 표면개질 연구가 가능하다. 그러나 셀룰로오스 나노섬유는 섬유 간 존재하는 반데르발스 상호작용 (van der Waals ...
셀룰로오스는 자연계에 가장 많이 존재하는 천연 고분자 물질로 우수한 기계적 강도와 낮은 밀도, 생분해성 등의 많은 장점을 가지고 있다. 이러한 셀룰로오스에 물리적 힘을 가하여 나노 직경의 섬유로 만든 것을 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril)라 한다. 셀룰로오스 나노섬유는 결정영역과 비결정영역으로 구성되어 있으며, 이 두 가지 영역이 교차로 존재하고 있는 것이 일반적으로 알려진 셀룰로오스 나노섬유의 구조이다. 셀룰로오스의 결정영역은 셀룰로오스 분자들이 규칙적으로 배열 되어있어 이 구조로부터 우수한 기계적 물성이 나타난다. 셀룰로오스의 비결정 영역에는 셀룰로오스 분자들이 무정형의 사슬(amorphous chain)형태로 존재하고 있으며 사슬 표면의 수산기(hydroxyl group)를 응용한 다양한 방식의 표면개질 연구가 가능하다. 그러나 셀룰로오스 나노섬유는 섬유 간 존재하는 반데르발스 상호작용 (van der Waals interaction)에 의하여 서로 강하게 응집하는 고유한 성질을 가지고 있어 응용 가능성에 제한을 받는다. 본 연구에서는 셀룰로오스가 갖는 응집현상을 완화시키고 그 응용가능성을 높이기 위하여 셀룰로오스 나노섬유 표면을 무기물 나노입자로 개질시키는 연구를 진행하였다. 셀룰로오스 표면에 존재하는 나노입자는 셀룰로오스 섬유 간 상호작용을 약화시키어 셀룰로오스 나노섬유의 분산성을 향상시켰다.
제 2장에서는 두 가지 무기물 나노입자를 선정하여 셀룰로오스 나노섬유 표면에 각각 도입하였으며, 셀룰로오스 나노섬유는 섬유 표면의 무기물 나노입자의 영향을 받아 나노입자가 갖는 고유한 성질을 나타내며 다양한 연구분야 내 적용 가능성을 나타내었다. 첫째로, 고분자 복합체의 강도보강용 충전제(filler)로 사용하기 위한 목적으로 셀룰로오스 나노섬유의 표면을 실리카 나노입자로 개질 하였다. 표면 개질 후 셀룰로오스 나노섬유는 고온에서 용융 된 고분자 수지 내 높은 열안정성과 분산성을 나타내었다. 또한, 셀룰로오스 나노섬유가 복합체 내 균일하게 분산됨으로써 복합체의 기계적 물성이 증가하는 것을 확인하였다. 둘째로, 화장품의 자외선 차단제로 사용하기 위한 목적으로 셀룰로오스의 표면을 산화아연(zinc oxide) 입자로 개질하였다. 산화아연 나노입자가 갖는 자외선 차단성을 셀룰로오스 나노섬유에 적용하였으며 셀룰로오스 표면에 결합 된 산화아연 입자가 갖는 장점들을 연구하였다.
제 3장에서는 생체 고분자인 키토산(chitosan)과 셀룰로오스 나노섬유, 생체 세라믹스인 수산화인회석(hydroxyapatite)을 사용한 골절 치료용 바이오 복합체 연구를 진행하였다. 이 후 생체 고분자인 폴리젖산(polylactic acid)을 추가로 도입하여 연속상의 폴리젖산 내 생체 세라믹스 및 생체 고분자들이 균일하게 분산 된 생분해성 바이오 복합체를 제조하였다. 최종적으로 제조한 복합체는 골절을 유도한 토끼의 장골에 성공적으로 이식하였다.
셀룰로오스는 자연계에 가장 많이 존재하는 천연 고분자 물질로 우수한 기계적 강도와 낮은 밀도, 생분해성 등의 많은 장점을 가지고 있다. 이러한 셀룰로오스에 물리적 힘을 가하여 나노 직경의 섬유로 만든 것을 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril)라 한다. 셀룰로오스 나노섬유는 결정영역과 비결정영역으로 구성되어 있으며, 이 두 가지 영역이 교차로 존재하고 있는 것이 일반적으로 알려진 셀룰로오스 나노섬유의 구조이다. 셀룰로오스의 결정영역은 셀룰로오스 분자들이 규칙적으로 배열 되어있어 이 구조로부터 우수한 기계적 물성이 나타난다. 셀룰로오스의 비결정 영역에는 셀룰로오스 분자들이 무정형의 사슬(amorphous chain)형태로 존재하고 있으며 사슬 표면의 수산기(hydroxyl group)를 응용한 다양한 방식의 표면개질 연구가 가능하다. 그러나 셀룰로오스 나노섬유는 섬유 간 존재하는 반데르발스 상호작용 (van der Waals interaction)에 의하여 서로 강하게 응집하는 고유한 성질을 가지고 있어 응용 가능성에 제한을 받는다. 본 연구에서는 셀룰로오스가 갖는 응집현상을 완화시키고 그 응용가능성을 높이기 위하여 셀룰로오스 나노섬유 표면을 무기물 나노입자로 개질시키는 연구를 진행하였다. 셀룰로오스 표면에 존재하는 나노입자는 셀룰로오스 섬유 간 상호작용을 약화시키어 셀룰로오스 나노섬유의 분산성을 향상시켰다.
제 2장에서는 두 가지 무기물 나노입자를 선정하여 셀룰로오스 나노섬유 표면에 각각 도입하였으며, 셀룰로오스 나노섬유는 섬유 표면의 무기물 나노입자의 영향을 받아 나노입자가 갖는 고유한 성질을 나타내며 다양한 연구분야 내 적용 가능성을 나타내었다. 첫째로, 고분자 복합체의 강도보강용 충전제(filler)로 사용하기 위한 목적으로 셀룰로오스 나노섬유의 표면을 실리카 나노입자로 개질 하였다. 표면 개질 후 셀룰로오스 나노섬유는 고온에서 용융 된 고분자 수지 내 높은 열안정성과 분산성을 나타내었다. 또한, 셀룰로오스 나노섬유가 복합체 내 균일하게 분산됨으로써 복합체의 기계적 물성이 증가하는 것을 확인하였다. 둘째로, 화장품의 자외선 차단제로 사용하기 위한 목적으로 셀룰로오스의 표면을 산화아연(zinc oxide) 입자로 개질하였다. 산화아연 나노입자가 갖는 자외선 차단성을 셀룰로오스 나노섬유에 적용하였으며 셀룰로오스 표면에 결합 된 산화아연 입자가 갖는 장점들을 연구하였다.
제 3장에서는 생체 고분자인 키토산(chitosan)과 셀룰로오스 나노섬유, 생체 세라믹스인 수산화인회석(hydroxyapatite)을 사용한 골절 치료용 바이오 복합체 연구를 진행하였다. 이 후 생체 고분자인 폴리젖산(polylactic acid)을 추가로 도입하여 연속상의 폴리젖산 내 생체 세라믹스 및 생체 고분자들이 균일하게 분산 된 생분해성 바이오 복합체를 제조하였다. 최종적으로 제조한 복합체는 골절을 유도한 토끼의 장골에 성공적으로 이식하였다.
Cellulose is the most abundant natural polymer material in nature and has many advantages such as excellent mechanical strength, low density and biodegradability. The deconstruction of cellulose by mechanical treatment results in the production of cellulose nanofibril (CNF). CNF is composed of ...
Cellulose is the most abundant natural polymer material in nature and has many advantages such as excellent mechanical strength, low density and biodegradability. The deconstruction of cellulose by mechanical treatment results in the production of cellulose nanofibril (CNF). CNF is composed of crystalline and amorphous domains with a alternating structure. Most mechanical properties of CNF resulted from the crystalline domain consisting of cellulose molecules which are regularly arranged. In the amorphous domain of CNF, the cellulose molecules randomly exist as an amorphous chain and these amorphous cellulose is used for research of surface modification due to a lot of hydroxyl group on the surface of the chain. However, a various application of CNF is limited by the attractive van der Waals (vdW) interaction causing aggregation of CNF. In this study, we introduce inorganic nanoparticles onto the amorphous domain around the crystal core of CNF where acts as a template to improve dispersibility of CNF by attenuating the attractive vdW interaction. In Chapter 2, there are two inorganic nanoparticles, silica and zinc oxide nanoparticles, which can provide their specific property for CNF. First, we introduce silica nanoparticles onto the surface of CNF containing hydroxyl groups. After modification, the CNF modified by silica nanoparticles represented dispersibility and thermal stability in melted polymer matrix at high temperature. In addition, the mechanical property of nanocomposite containing the CNF was increased due to the dispersion of CNF by surface modification. Second, we introduced zinc oxide (ZnO) nanoparticles on CNF via the silmilar synthesis method with Silica-CNF. The CNF showed Ultraviolet (UV)-blocking property by covered with ZnO nanoparticles and we evaluated some advantages of ZnO modified CNF with regard to UV protection for sunscreen. In Chapter 3, we fabricated bio-nanocomposite using biodegradable materials such as chitosan, hydroxyapatite (HAp) and CNF. In addition, the fabricated HAp-chitosan composite was pulverized to a fine powder in order to blend in representative biopolymer, polylactic acid (PLA) with silica-modified CNF. All components were well dispersed in PLA matrix and mechanical property of the PLA nanocomposite was reinforced by the addition of CNF. The nanocomposite was successfully applied to femur of rabbit to observe effect of bone fixation.
Cellulose is the most abundant natural polymer material in nature and has many advantages such as excellent mechanical strength, low density and biodegradability. The deconstruction of cellulose by mechanical treatment results in the production of cellulose nanofibril (CNF). CNF is composed of crystalline and amorphous domains with a alternating structure. Most mechanical properties of CNF resulted from the crystalline domain consisting of cellulose molecules which are regularly arranged. In the amorphous domain of CNF, the cellulose molecules randomly exist as an amorphous chain and these amorphous cellulose is used for research of surface modification due to a lot of hydroxyl group on the surface of the chain. However, a various application of CNF is limited by the attractive van der Waals (vdW) interaction causing aggregation of CNF. In this study, we introduce inorganic nanoparticles onto the amorphous domain around the crystal core of CNF where acts as a template to improve dispersibility of CNF by attenuating the attractive vdW interaction. In Chapter 2, there are two inorganic nanoparticles, silica and zinc oxide nanoparticles, which can provide their specific property for CNF. First, we introduce silica nanoparticles onto the surface of CNF containing hydroxyl groups. After modification, the CNF modified by silica nanoparticles represented dispersibility and thermal stability in melted polymer matrix at high temperature. In addition, the mechanical property of nanocomposite containing the CNF was increased due to the dispersion of CNF by surface modification. Second, we introduced zinc oxide (ZnO) nanoparticles on CNF via the silmilar synthesis method with Silica-CNF. The CNF showed Ultraviolet (UV)-blocking property by covered with ZnO nanoparticles and we evaluated some advantages of ZnO modified CNF with regard to UV protection for sunscreen. In Chapter 3, we fabricated bio-nanocomposite using biodegradable materials such as chitosan, hydroxyapatite (HAp) and CNF. In addition, the fabricated HAp-chitosan composite was pulverized to a fine powder in order to blend in representative biopolymer, polylactic acid (PLA) with silica-modified CNF. All components were well dispersed in PLA matrix and mechanical property of the PLA nanocomposite was reinforced by the addition of CNF. The nanocomposite was successfully applied to femur of rabbit to observe effect of bone fixation.
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