[논문]펄프에 함유된 <tex>$\\alpha$</tex>-셀룰로오스의 함량이 셀룰로오스의 에스테르화반응에 미치는 영향

이수; 박상희; 김진우

doi:10.12925/jkocs.2009.26.4.8

펄프에 함유된 $\\alpha$-셀룰로오스의 함량이 셀룰로오스의 에스테르화반응에 미치는 영향
Effect of $\\alpha$-cellulose content in pulps on esterification of cellulose 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.26 no.4=no.77, 2009년, pp.428 - 433

이수 (국립창원대학교 화공시스템공학과) , 박상희 (국립창원대학교 화공시스템공학과) , 김진우 (국립창원대학교 화공시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Cellulose triacetate (CTA) was prepared from cotton linter and pulps which contain various contents of $\alpha$-cellulose. CTA which contains 2.8 of degree of substitution (DS) and 222 of degree of polymerization (DP) was obtained from V-81 pulp under the heterogeneous system. The DS was measured by the titration method, and the DP was obtained by measurement of viscosity. FT-IR spectometer (FT-IR 6300, JASCO) was used to analyze the chemical structure of raw materials and cellulose triacetate, and X-ray diffractometer (X-pert MPD PW3040, Philips) was used to confirm the crystal structure and to calculate the relative crystallinity index (RCI). As $\alpha$-cellulose content in pulp increased, the acetylation yield increased. Besides with a kind of pulp, it contains insoluble residue which was mainly formed due to the formation of glucomannan triacetate and xylan diacetate during the esterification.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 서로 다른 α-셀룰로오스를 함유하는 세 가지 펄프와 카튼린터를 사용하여 에스테르 반응 후 α-셀룰로오스의 함량이 에스테르화 반응에 미치는 영향에 대해 알아보았다.
본 연구에서는 다양한 α-셀룰로오스 함량을 가지는 펄프와 카튼린터로부터 셀룰로오스 트리아세테이트를 합성하고 α-셀룰로오스의 함량이 에스테르화 반응이 미치는 영향에 대해 알아보았다.

제안 방법

1℃ 항온수조에서 flow time을 5회 측정하고, 다시 일정량의 DCM:MeOH(9:1) 용매를 점도계에 넣어 용액을 희석시켜 세 가지 농도의 flow time을 구한다. 그리고 순수한 DCM:MeOH (9:1) 용매의 flow time을 측정하여 기준시간으로 정하고 시료의 최고, 최저시간을 제외하고 평균시간을 구한다. 평균시간을 기준시료로 나누어 상대점도를 구하고 상대점도로부터 고유점도([η], intrinsic viscosity), 중합도 (DP)를 구한다 [15].
평균시간을 기준시료로 나누어 상대점도를 구하고 상대점도로부터 고유점도([η], intrinsic viscosity), 중합도 (DP)를 구한다 [15].

대상 데이터

반응 후 화학적 변화를 확인하기 위해서 일본 JASCO사의 적외선 분광분석기 (FT-IR 6300)를 사용하였고 결정구조를 확인하기 위해서 미국 Philips사의 X선 회절장치 (X-pert MPD PW3040)을 사용하였다. 그리고 가시광선 영역에서의 투과도를 측정하기 위해서 일본 Shimadzu사의 자외선/가시광선 분광기 (UV 2100)을 사용하였다.
펄프의 분산 용매와 반응물로 한국 대정화학의 acetic acid와 acetic anhydride (1st grade)를 각각 사용하였고 촉매로 일본 Junsei사의 perchloric acid (1st grade)를 사용하였다. 그리고 셀룰로오스 트리아세테이트의 치환도와 용해도를 측정하기 위해서 한국 대정화학의 sodium hydroxide (NaOH), hydrochloric acid (HCl), N,N-dimethylacetamide (DMAc), chloroform, methylene chloride (DCM) 그리고 ethanol (EtOH)을 사용하였다.
반응 후 화학적 변화를 확인하기 위해서 일본 JASCO사의 적외선 분광분석기 (FT-IR 6300)를 사용하였고 결정구조를 확인하기 위해서 미국 Philips사의 X선 회절장치 (X-pert MPD PW3040)을 사용하였다. 그리고 가시광선 영역에서의 투과도를 측정하기 위해서 일본 Shimadzu사의 자외선/가시광선 분광기 (UV 2100)을 사용하였다.
본 실험에 셀룰로오스 트리아세테이트를 합성하기 위해서 미국 Buckeye사의 V81 (α-셀룰로오스 = 97.0%), V60 (α-셀룰로오스 = 94.7.0%) 그리고 Weyerhaeuser사의 TR922 (α-셀룰로오스 = 86.0%) 세 가지 펄프를 사용하였고 한국 애경화학에서 제공해준 카튼린터 (α-셀룰로오스 = 99.0%)와 비교 실험하였다.
Table 1에 펄프와 카튼린터의 특성을 비교하여 나타내었다. 펄프의 분산 용매와 반응물로 한국 대정화학의 acetic acid와 acetic anhydride (1st grade)를 각각 사용하였고 촉매로 일본 Junsei사의 perchloric acid (1st grade)를 사용하였다. 그리고 셀룰로오스 트리아세테이트의 치환도와 용해도를 측정하기 위해서 한국 대정화학의 sodium hydroxide (NaOH), hydrochloric acid (HCl), N,N-dimethylacetamide (DMAc), chloroform, methylene chloride (DCM) 그리고 ethanol (EtOH)을 사용하였다.

성능/효과

α-셀룰로오스의 함량이 에스테르화 반응 수율에도 영향을 주는 것으로 나타났다.
1. 촉매 perchloric acid와 반응물 acetic anhydride를 이용하여 40℃에서 60분간 반응시킨 결과, 4가지 서로 다른 α-셀룰로오스 함량을 가지는 펄프와 카튼린터로부터 치환도가 2.8 이상인 셀룰로오스 트리아세테이트를 합성하였다.
2. 상대적으로 낮은 α-셀룰로오스 함량을 가지는 TR922로부터 제조된 셀룰로오스 트리아세테이트의 경우, 특정 용매인 DCM:EtOH (8:2)속에 불용분을 포함하고 있었고 이는 헤미셀룰로오스로부터 형성된 자 일란 다이아세테이트와 글루코만난 트리아세테이트가 셀룰로오스 트리아세테이트와의 집합체 때문이다.
3. 펄프속의 α-셀룰로오스 함량이 증가함에 따라서 에스테르화 반응 수율도 증가하는 경향을 나타내었고 반응 후 최종 생성물인 셀룰로오스 트리아세테이트의 색상과 불용분 함량에 영향을 주는 것으로 나타났다.
Fig. 4에 나타낸 반응 수율을 살펴보면, α-셀룰로오스의 함량이 99.0%인 카튼린터의 반응 수율은 96.6%로 가장 높았고 반대로 α-셀룰로오스의 함량이 86.0%인 TR922의 반응 수율은 가장 낮은 79.1%였다.
세 가지의 펄프와 카튼린터로부터 셀룰로오스 트리아세테이트를 합성하였고 그 결과를 Table 2에 나타내었다. 그 결과 모두 치환도가 2.8이상인 셀룰로오스 트리아세테이트를 얻었다. V-81과 V-60으로부터 얻은 셀룰로오스 트리아세테이트의 경우, 각각 중합도가 222와 191을 나타내었지만 TR922와 카튼린터로부터 얻은 셀룰로오스 트리아세테이트는 중합도를 측정하기 위해서 사용하는 DCM:EtOH(8:2) 용매에서 불용분을 포함하고 있었기 때문에 중합도를 구할 수가 없었다.
또한, α-셀룰로오스의 함량이 가장 높은 카튼린터의 경우, 불용분을 포함하고 있음에도 불구하고 깨끗한 V-60 펄프로부터 제조된 셀룰로오스 트리아세테이트보다 더 우수한 투과도를 나타내는 것을 알 수가 있다.
먼저 V-81과 V-60 펄프로부터 제조된 셀룰로오스 트리아세 테이트 용액의 투과도를 살펴보면 α-셀룰로오스의 함량이 더 많은 V-81 펄프로부터 제조된 셀룰로오스 트리아세테이트가 더 우수한 투과 도를 보였다.
반응 전후의 수분함량을 살펴보면, Fig. 5에 나타낸 것과 같이 반응전의 펄프에 비해 반응 후 많게는 2% 정도의 수분 함량이 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이는 친수성인 -OH기에 소수성인 아세틸기가 치환되면서 셀룰로오스 표면이 소수화 되었기 때문이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	셀룰로오스 트리아세테이트 필름은 어디에 활용되고 있는가?	이 셀룰로오스의 대표적인 개질체가 셀룰로오스 트리아세테이트이고 이로부터 제조된 필름이 다양한 분야에서 사용되고 있다. 셀룰로오스 트리아세테이트 필름은 낮은 복굴절, 광학 등방성, 우수한 치수 안정성 및 열적 안정성을 가지고 있어 편광판 보호 필름, 멤브레인, 광학 보상 필름, 그리고 사진 건판 등에 활용되고 있다 [4-7].
	많은 식물 자원으로부터 셀룰로오스 트리아세테이트를 제조하려는 연구가 진행되는 이유는 무엇인가?	셀룰로오스 트리아세테이트를 제조하기 위해서 최초로 카튼린터가 사용되었지만 카튼린터의 재배 특성상 가격이 상승하여 경제적인 문제가 대두되고 있는 실정이다 [8, 9]. 따라서 이를 대체하기 위해서 사탕수수, 우드펄프, 대나무, 밀짚, 그리고 쌀겨 등의 많은 식물 자원으로부터 셀룰로오스 트리아세테이트를 제조하려는 연구가 진행되고 있다 [10-13].
	셀룰로오스 트리아세테이트 필름의 장점은 무엇인가?	이 셀룰로오스의 대표적인 개질체가 셀룰로오스 트리아세테이트이고 이로부터 제조된 필름이 다양한 분야에서 사용되고 있다. 셀룰로오스 트리아세테이트 필름은 낮은 복굴절, 광학 등방성, 우수한 치수 안정성 및 열적 안정성을 가지고 있어 편광판 보호 필름, 멤브레인, 광학 보상 필름, 그리고 사진 건판 등에 활용되고 있다 [4-7].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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