셀룰로오즈는 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 천연 고분자이다. 이를 기계적 혹은 화학적 방법으로 직경을 나노 사이즈로 만든 섬유를 셀룰로오즈 나노파이버 (Cellulose nanofibril, CNF)라고 한다. 셀룰로오즈 및 셀룰로오즈 나노파이버는 표면에 존재하는 다량의 수산기 (-OH)로 인하여 높은 친수성을 지닌다. 또한 결정질과 비정질이 혼재되어 있는 형태인데 결정질 부분에서 높은 기계적 성질이 나오며, 비정질 부분의 표면 수산기를 이용하면 다양한 화학적 개질이 가능하다. 이 밖에도 재생 가능성, ...
셀룰로오즈는 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 천연 고분자이다. 이를 기계적 혹은 화학적 방법으로 직경을 나노 사이즈로 만든 섬유를 셀룰로오즈 나노파이버 (Cellulose nanofibril, CNF)라고 한다. 셀룰로오즈 및 셀룰로오즈 나노파이버는 표면에 존재하는 다량의 수산기 (-OH)로 인하여 높은 친수성을 지닌다. 또한 결정질과 비정질이 혼재되어 있는 형태인데 결정질 부분에서 높은 기계적 성질이 나오며, 비정질 부분의 표면 수산기를 이용하면 다양한 화학적 개질이 가능하다. 이 밖에도 재생 가능성, 생분해성, 가스 차단성, 고 점도, 수분 흡수력, 높은 비표면적 등의 다양한 성질을 지니고 있어 응용 분야가 무궁무진하다. 특히 환경 친화적이면서도 강도가 좋고 나노 스케일인 재료이기 때문에 이를 응용하려는 연구가 많이 진행중이다. 본 연구에서는, CNF를 응용하기 위하여 다양한 표면 개질을 시도하였으며, 수분 및 산소를 차단하는 CNF 배리어 필름, 자동차 내외장재 등에 사용되는 CNF-고분자 나노복합체, 생체 뼈 지지대 등에 사용되는 전 생분해성 CNF 복합체에 응용하기 위한 물성 연구를 진행하였다. CNF는 분자 내부 및 분자간 강력한 수소 결합이 다수 존재하기 때문에 조밀한 필름을 만들었을 때 우수한 기체 차단성을 나타낸다. 이를 응용하여 식품, 의료용품 등에 이용될 수분과 산소를 차단하는 배리어 필름을 제조하고 물성을 확인하였다. 건조 조건을 조절하여 평평하고 균일한 CNF 필름을 제조하였으며 기체 차단성이 우수함을 확인하였다. 또한 수분 차단성을 향상시키기 위하여 CNF 표면에 실란 (silane) 처리를 하여 표면을 소수성화 하였고, 소수성 고분자와의 합지 공정을 통하여 수분차단성을 향상시켰다. CNF는 기존의 금속이나 최근 강도 보강 필러로 각광받는 탄소 섬유 (carbon fiber)만큼 우수한 기계적 성질을 보이며, 친환경적이라는 장점을 지닌다. 최근 전 세계적으로 환경관련 문제가 대두되면서 친환경적이고 재생가능한 재료로 대체하려는 연구들이 많이 진행 중이며, 이에 따라 CNF에 대한 관심도 커지는 추세이다. CNF를 고분자와 복합화시켜 강도보강용 필러로 사용하려는 연구는 많이 진행 중이지만, 섬유간의 강한 인력으로 인해 분산이 힘들다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 CNF 표면에 무기물을 성장시켜 섬유간 거리를 떨어뜨려 인력을 완화시켰고, melt-mixing 공정으로 고분자와 복합화 하였다. CNF와 고분자를 복합화하는 경우 기계적 성질이 향상되었으며, 고분자와 필러간 상호작용으로 인하여 열적 특성 및 유변적 특성 또한 변화하였다. 또한, 필러의 종횡비가 복합체 내에서 미치는 영향을 조사하였으며, 고분자와 필러의 상용성을 증진시키기 위하여 후처리를 진행하여 복합체의 물성을 조사하였다. 최근 콜라겐 섬유에 생체 뼈 생성 무기물인 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite, HAp)를 합성하여 체내에서 분해되는 뼈 지지체로 응용하려는 연구가 보고되었다. 콜라겐과 HAp 모두 뼈 생성에 영향을 주는 물질이기 때문에 지지체를 빼내는 재수술을 하지 않아도 된다는 장점이 있다. 하지만 사람 몸에 이식할만한 고 순도의 콜라겐을 얻기 위해서는 비용이 굉장히 많이 들고 복잡한 공정이 들어간다. CNF는 생분해성을 지니고 있기 때문에 콜라겐을 대체할 섬유로 적합하다. CNF 표면 개질을 통하여 콜라겐과 유사하게 만들어준 후 polyaspartic acid를 이용하여 유사 펩타이드 반응을 진행하면 CNF 표면에 HAp를 생성할 수 있다.
셀룰로오즈는 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 천연 고분자이다. 이를 기계적 혹은 화학적 방법으로 직경을 나노 사이즈로 만든 섬유를 셀룰로오즈 나노파이버 (Cellulose nanofibril, CNF)라고 한다. 셀룰로오즈 및 셀룰로오즈 나노파이버는 표면에 존재하는 다량의 수산기 (-OH)로 인하여 높은 친수성을 지닌다. 또한 결정질과 비정질이 혼재되어 있는 형태인데 결정질 부분에서 높은 기계적 성질이 나오며, 비정질 부분의 표면 수산기를 이용하면 다양한 화학적 개질이 가능하다. 이 밖에도 재생 가능성, 생분해성, 가스 차단성, 고 점도, 수분 흡수력, 높은 비표면적 등의 다양한 성질을 지니고 있어 응용 분야가 무궁무진하다. 특히 환경 친화적이면서도 강도가 좋고 나노 스케일인 재료이기 때문에 이를 응용하려는 연구가 많이 진행중이다. 본 연구에서는, CNF를 응용하기 위하여 다양한 표면 개질을 시도하였으며, 수분 및 산소를 차단하는 CNF 배리어 필름, 자동차 내외장재 등에 사용되는 CNF-고분자 나노복합체, 생체 뼈 지지대 등에 사용되는 전 생분해성 CNF 복합체에 응용하기 위한 물성 연구를 진행하였다. CNF는 분자 내부 및 분자간 강력한 수소 결합이 다수 존재하기 때문에 조밀한 필름을 만들었을 때 우수한 기체 차단성을 나타낸다. 이를 응용하여 식품, 의료용품 등에 이용될 수분과 산소를 차단하는 배리어 필름을 제조하고 물성을 확인하였다. 건조 조건을 조절하여 평평하고 균일한 CNF 필름을 제조하였으며 기체 차단성이 우수함을 확인하였다. 또한 수분 차단성을 향상시키기 위하여 CNF 표면에 실란 (silane) 처리를 하여 표면을 소수성화 하였고, 소수성 고분자와의 합지 공정을 통하여 수분차단성을 향상시켰다. CNF는 기존의 금속이나 최근 강도 보강 필러로 각광받는 탄소 섬유 (carbon fiber)만큼 우수한 기계적 성질을 보이며, 친환경적이라는 장점을 지닌다. 최근 전 세계적으로 환경관련 문제가 대두되면서 친환경적이고 재생가능한 재료로 대체하려는 연구들이 많이 진행 중이며, 이에 따라 CNF에 대한 관심도 커지는 추세이다. CNF를 고분자와 복합화시켜 강도보강용 필러로 사용하려는 연구는 많이 진행 중이지만, 섬유간의 강한 인력으로 인해 분산이 힘들다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 CNF 표면에 무기물을 성장시켜 섬유간 거리를 떨어뜨려 인력을 완화시켰고, melt-mixing 공정으로 고분자와 복합화 하였다. CNF와 고분자를 복합화하는 경우 기계적 성질이 향상되었으며, 고분자와 필러간 상호작용으로 인하여 열적 특성 및 유변적 특성 또한 변화하였다. 또한, 필러의 종횡비가 복합체 내에서 미치는 영향을 조사하였으며, 고분자와 필러의 상용성을 증진시키기 위하여 후처리를 진행하여 복합체의 물성을 조사하였다. 최근 콜라겐 섬유에 생체 뼈 생성 무기물인 하이드록시아파타이트 (hydroxyapatite, HAp)를 합성하여 체내에서 분해되는 뼈 지지체로 응용하려는 연구가 보고되었다. 콜라겐과 HAp 모두 뼈 생성에 영향을 주는 물질이기 때문에 지지체를 빼내는 재수술을 하지 않아도 된다는 장점이 있다. 하지만 사람 몸에 이식할만한 고 순도의 콜라겐을 얻기 위해서는 비용이 굉장히 많이 들고 복잡한 공정이 들어간다. CNF는 생분해성을 지니고 있기 때문에 콜라겐을 대체할 섬유로 적합하다. CNF 표면 개질을 통하여 콜라겐과 유사하게 만들어준 후 polyaspartic acid를 이용하여 유사 펩타이드 반응을 진행하면 CNF 표면에 HAp를 생성할 수 있다.
Cellulose is the most abundant natural polymer on earth. This is called cellulose nanofibril (CNF), which is made of nano-sized fibers by mechanical or chemical methods. Cellulose and cellulose nanofibers have high hydrophilicity due to the large amount of hydroxyl groups (-OH) present on the surfac...
Cellulose is the most abundant natural polymer on earth. This is called cellulose nanofibril (CNF), which is made of nano-sized fibers by mechanical or chemical methods. Cellulose and cellulose nanofibers have high hydrophilicity due to the large amount of hydroxyl groups (-OH) present on the surface. CNF is composed of crystalline and amorphous forms and the crystalline portion exhibits high mechanical properties and various chemical modifications are possible by using surface hydroxyl groups of the amorphous portion. In addition, it has a variety of properties such as reproducibility, biodegradability, gas barrier properties, high viscosity, water absorption ability, high specific surface area, etc., so there are many applications. In particular, environmentally friendly, high strength and nanoscale materials are being researched to apply them. In this study, various surface modifications were attempted to apply CNF, and CNF barrier films that block moisture and oxygen, CNF-polymer nanocomposites used for interior and exterior materials of automobiles, and pre-biodegradable CNF complexes used for living bone supports. CNF exhibits excellent gas barrier properties when making dense films due to the presence of many strong intramolecular and intermolecular hydrogen bonds. In this study, we applied this property to produce a barrier film that blocks water and oxygen that can be used in food and medical supplies. Drying conditions were adjusted to produce a flat and uniform CNF film, and it was confirmed that the gas barrier property was excellent. In addition, in order to improve the water barrier property, the surface of the CNF was treated with silane to make the surface hydrophobic. Finally, the water barrier property was more improved through the lamination process with the hydrophobic polymer. CNF exhibits the same excellent mechanical properties as carbon fiber, which has been spotlighted as a conventional metal or a recent strength reinforcing filler, and has the advantage of being environmentally friendly. Recently, as environmental problems are raised around the world, many researches are being conducted to replace them with eco-friendly and renewable materials. Accordingly, interest in CNF is also increasing. Many studies have been made to use CNF as a filler for strength reinforcement by complexing with a polymer, but it has a disadvantage in that dispersion is difficult due to strong attraction between fibers. To supplement for this, the inorganic material was grown on the surface of CNF to reduce the attractive force by reducing the distance between fibers, and composited with the polymer by melt-mixing process. When CNF and polymer were complexed, mechanical properties were improved, and thermal and rheological properties were also changed due to the interaction between polymer and filler. In addition, the effect of the aspect ratio of the filler in the composite was investigated, and the physical properties of the composite were investigated by the post-treatment to enhance the compatibility of the polymer and the filler. Recently, studies have been reported to synthesize hydroxyapatite (HAp), a biological bone-forming mineral, into collagen fibers and apply it to bone scaffolds that break down in the body. Collagen and HAp are both substances that affect bone formation, so there is no need to re-stimulate the scaffold. However, obtaining high purity collagen for transplantation into the human body is an expensive and complex process. CNF is biodegradable, so it is suitable as a fiber to replace collagen. After preparing collagen-like compounds through surface modification of CNF, HAp is generated on the surface of CNF using polyaspartic acid, which is a similar peptide.
Cellulose is the most abundant natural polymer on earth. This is called cellulose nanofibril (CNF), which is made of nano-sized fibers by mechanical or chemical methods. Cellulose and cellulose nanofibers have high hydrophilicity due to the large amount of hydroxyl groups (-OH) present on the surface. CNF is composed of crystalline and amorphous forms and the crystalline portion exhibits high mechanical properties and various chemical modifications are possible by using surface hydroxyl groups of the amorphous portion. In addition, it has a variety of properties such as reproducibility, biodegradability, gas barrier properties, high viscosity, water absorption ability, high specific surface area, etc., so there are many applications. In particular, environmentally friendly, high strength and nanoscale materials are being researched to apply them. In this study, various surface modifications were attempted to apply CNF, and CNF barrier films that block moisture and oxygen, CNF-polymer nanocomposites used for interior and exterior materials of automobiles, and pre-biodegradable CNF complexes used for living bone supports. CNF exhibits excellent gas barrier properties when making dense films due to the presence of many strong intramolecular and intermolecular hydrogen bonds. In this study, we applied this property to produce a barrier film that blocks water and oxygen that can be used in food and medical supplies. Drying conditions were adjusted to produce a flat and uniform CNF film, and it was confirmed that the gas barrier property was excellent. In addition, in order to improve the water barrier property, the surface of the CNF was treated with silane to make the surface hydrophobic. Finally, the water barrier property was more improved through the lamination process with the hydrophobic polymer. CNF exhibits the same excellent mechanical properties as carbon fiber, which has been spotlighted as a conventional metal or a recent strength reinforcing filler, and has the advantage of being environmentally friendly. Recently, as environmental problems are raised around the world, many researches are being conducted to replace them with eco-friendly and renewable materials. Accordingly, interest in CNF is also increasing. Many studies have been made to use CNF as a filler for strength reinforcement by complexing with a polymer, but it has a disadvantage in that dispersion is difficult due to strong attraction between fibers. To supplement for this, the inorganic material was grown on the surface of CNF to reduce the attractive force by reducing the distance between fibers, and composited with the polymer by melt-mixing process. When CNF and polymer were complexed, mechanical properties were improved, and thermal and rheological properties were also changed due to the interaction between polymer and filler. In addition, the effect of the aspect ratio of the filler in the composite was investigated, and the physical properties of the composite were investigated by the post-treatment to enhance the compatibility of the polymer and the filler. Recently, studies have been reported to synthesize hydroxyapatite (HAp), a biological bone-forming mineral, into collagen fibers and apply it to bone scaffolds that break down in the body. Collagen and HAp are both substances that affect bone formation, so there is no need to re-stimulate the scaffold. However, obtaining high purity collagen for transplantation into the human body is an expensive and complex process. CNF is biodegradable, so it is suitable as a fiber to replace collagen. After preparing collagen-like compounds through surface modification of CNF, HAp is generated on the surface of CNF using polyaspartic acid, which is a similar peptide.
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