각종 셀룰로오스 나노섬유의 첨가가 닥나무 인피섬유 시트의 특성에 미치는 영향 Effect of The Addition of Various Cellulose Nanofibers on The Properties of Sheet of Paper Mulberry Bast Fiber원문보기
본 연구는 셀룰로오스 나노섬유를 닥나무인피섬유 시트의 제조시 첨가하여, 닥나무 인피섬유 시트의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 형태학적 및 화학적 성질이 다른 5종류의 셀룰로오스 나노섬유, 즉 리그노셀룰로오스 나노섬유 (lignocellulose nanofiber, LCNF), 홀로셀룰로오스 나노섬유(holocellulose nanofiber, HCNF), 알칼리처리 홀로셀룰로오스 나노섬유(alkali-treated HCNF, AT-HCNF), TEMPO-산화 나노섬유(TEMPO-oxidated nanofiber, TEMPO-NF), 셀룰로오스 나노크리스탈(cellulose nanocrystal, CNC)을 제조하였으며, 각 나노섬유의 종류 및 첨가량이 닥나무 인피섬유시트 제조시의 여수시간 및 시트의 투기도, 평활도, 인장강도 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 여수시간은 모든 나노섬유에 있어서 첨가량이 증가함으로서 길어졌으며, 5%의 첨가량에서 HCNF가 가장 여수시간이 길었다. 또한, 셀룰로오스 나노섬유 첨가량이 증가할수록 시트의 평활도, 인장강도 특성이 향상되었으며, 특히 0.1%의 극히 적은양의 나노섬유 첨가로도 비인장강도 및 탄성계수가 크게 향상되는 것을 알 수 있었다. 이러한 특성 향상은 닥나무 인피섬유 간에 교차적으로 적층되어 있는 셀룰로오스 나노섬유의 충전 효과에 기인하는 것을 전자현미경 사진을 통해 확인할 수 있었다.
본 연구는 셀룰로오스 나노섬유를 닥나무 인피섬유 시트의 제조시 첨가하여, 닥나무 인피섬유 시트의 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 형태학적 및 화학적 성질이 다른 5종류의 셀룰로오스 나노섬유, 즉 리그노셀룰로오스 나노섬유 (lignocellulose nanofiber, LCNF), 홀로셀룰로오스 나노섬유(holocellulose nanofiber, HCNF), 알칼리처리 홀로셀룰로오스 나노섬유(alkali-treated HCNF, AT-HCNF), TEMPO-산화 나노섬유(TEMPO-oxidated nanofiber, TEMPO-NF), 셀룰로오스 나노크리스탈(cellulose nanocrystal, CNC)을 제조하였으며, 각 나노섬유의 종류 및 첨가량이 닥나무 인피섬유시트 제조시의 여수시간 및 시트의 투기도, 평활도, 인장강도 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 여수시간은 모든 나노섬유에 있어서 첨가량이 증가함으로서 길어졌으며, 5%의 첨가량에서 HCNF가 가장 여수시간이 길었다. 또한, 셀룰로오스 나노섬유 첨가량이 증가할수록 시트의 평활도, 인장강도 특성이 향상되었으며, 특히 0.1%의 극히 적은양의 나노섬유 첨가로도 비인장강도 및 탄성계수가 크게 향상되는 것을 알 수 있었다. 이러한 특성 향상은 닥나무 인피섬유 간에 교차적으로 적층되어 있는 셀룰로오스 나노섬유의 충전 효과에 기인하는 것을 전자현미경 사진을 통해 확인할 수 있었다.
Various cellulose nanofibers (CNF) with different morphology and chemical properties were prepared for the reinforcement of sheet of paper mulberry bast fiber. Lignocellulose nanofiber (LCNF), Holocellulose nanofiber (HCNF), alkali-treated HCNF (AT-HCNF), TEMPO-oxidated nanofiber (TEMPO-NF) and cell...
Various cellulose nanofibers (CNF) with different morphology and chemical properties were prepared for the reinforcement of sheet of paper mulberry bast fiber. Lignocellulose nanofiber (LCNF), Holocellulose nanofiber (HCNF), alkali-treated HCNF (AT-HCNF), TEMPO-oxidated nanofiber (TEMPO-NF) and cellulose nanocrystal (CNF) were prepared and their addition effect on the properties of sheet of paper mulberry bast fiber were investigated. Air permeability, surface smoothness, and tensile properties were improved by increasing CNF addition. Its improvement may be due to the CNF deposited between and on paper mulberry bast fibers, which was confirmed by SEM observation.
Various cellulose nanofibers (CNF) with different morphology and chemical properties were prepared for the reinforcement of sheet of paper mulberry bast fiber. Lignocellulose nanofiber (LCNF), Holocellulose nanofiber (HCNF), alkali-treated HCNF (AT-HCNF), TEMPO-oxidated nanofiber (TEMPO-NF) and cellulose nanocrystal (CNF) were prepared and their addition effect on the properties of sheet of paper mulberry bast fiber were investigated. Air permeability, surface smoothness, and tensile properties were improved by increasing CNF addition. Its improvement may be due to the CNF deposited between and on paper mulberry bast fibers, which was confirmed by SEM observation.
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문제 정의
본 연구는 닥나무 인피섬유에 성질이 다른 각종 나노섬유의 첨가 및 첨가량이 닥나무 인피섬유 시트의 특성 변화를 어떠한 영향을 미치는지 조사하여보았다. 조사한 모든 나노섬유에 있어서 첨가량이 증가함에 따라 감압여과과정에서 측정한 여수시간이 매우 길어졌으며, 평활도, 인장강도 특성이 향상되었다.
특히, 셀룰로오스 나노섬유의 우수한 강도적 성질을 활용하여 각종 복합재료의 강화필러로서의 잠재력에 많은 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 형태학적 및 화학적 성질이 다른 5종류의 셀룰로오스 나노섬유를 제조하여, 닥나무 인피섬유를 이용한 시트 제조시에 첨가하여 그 첨가량 및 나노섬유 종류에 따른 시트의 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
수입된 닥나무 인피섬유로 생산되는 기계한지는 국내산 닥나무를 사용한 한지보다 광택, 탄력 등의 품질 수준 저하는 물론 보존성의 감소, 강도의 저하, 황변현상 및 수지장애로 인한 윤묵성 불량 등의 문제를 야기한다(Choi와 Cho, 1996, Kwon과 Kim, 2011). 이를 보완하기 위한 방법으로 본 연구는 꿈의 천연소재로 주목받고 있는 셀룰로오스 나노섬유를 첨가하여 닥나무 인피섬유 시트의 특성 향상에 미치는 영향을 조사하였다.
제안 방법
3 wt%이었다. HCNF의 제조를 위하여, 먼저 목분 1 g당 증류수 60 mℓ, 아세트산 수용액 80 μℓ, NaClO2 0.4 g을 첨가하여 80℃의 항온수조에서 1시간 간격으로 같은 양의 아세트산 및 NaClO2를 첨가하여 5시간 동안 반응시켜 홀로셀룰로오스를 제조하였다. 반응물이 중성이 될 때까지 증류수로 세척 및 여과 후, 고형분량 1% 현탁액을 제조한 후 위와 같은 방법으로 해섬처리하였다.
대상 데이터
닥나무 인피섬유 시트 제조에 사용된 공시재료로는 고궁한지사(Jeonju-si, Jeollabukdo, Korea)에서 제공된 닥나무(Broussonetia kazinoki) 인피섬유를 사용하였다. 리그노셀룰로오스 나노섬유(lignocellulose nanofiber, LCNF), 홀로셀룰로오스 나노섬유 (holocellulose nanofiber, HCNF), 알칼리처리 홀로셀룰로오스 나노섬유(alkali-treated HCNF, AT-HCNF) 및 TEMPO-산화 나노섬유(TEMPO-oxidated nanofiber, TEMPO-NF)의 제조는 강원대학교 학술림에서 자생하는 잣나무(Pinus koraiensis S.
닥나무 인피섬유 시트 제조에 사용된 공시재료로는 고궁한지사(Jeonju-si, Jeollabukdo, Korea)에서 제공된 닥나무(Broussonetia kazinoki) 인피섬유를 사용하였다. 리그노셀룰로오스 나노섬유(lignocellulose nanofiber, LCNF), 홀로셀룰로오스 나노섬유 (holocellulose nanofiber, HCNF), 알칼리처리 홀로셀룰로오스 나노섬유(alkali-treated HCNF, AT-HCNF) 및 TEMPO-산화 나노섬유(TEMPO-oxidated nanofiber, TEMPO-NF)의 제조는 강원대학교 학술림에서 자생하는 잣나무(Pinus koraiensis S. et Z.
이론/모형
닥나무 인피섬유 시트의 공기투기도는 공기투과도 측정기(Automated Air Permeability Tester-4110N, FRANK-PTI GmbH, Germany)를 이용하여 1 inch²의 측정면적에 100 mℓ 공기량을 투입하여 공기를 통과하는데 걸리는 시간을 초(s) 단위로 측정하였다. 또한, 평활도는 평활도 측정기(L&W Bendtsen Tester-code 164, Lorentzen & Wettre, Sweden)를 이용하여 Bendtsen method 방법으로 98 kPa의 압력에서 mℓ/min의 단위로 측정하였다. 인장강도 및 탄성 율은 시트로부터 폭 5 mm, 길이 50 mm의 dog-bone 형태의 시편을 7개 이상 제조하였으며, 인장강도시험기(GB/H50K, Tinius olsen, USA)를 이용하여 10 mm/min의 cross head speed와 30 mm의 스팬길이로 측정하였다.
성능/효과
4는 나노섬유의 종류의 첨가량이 시트의 비인 장강도 및 탄성율에 미치는 영향을 나타낸다. 닥나무 인피섬유 시트의 비인장강도는 22.71 MPa이었으며 모든 나노섬유에 있어서 첨가량이 증가함으로서 강도적 성질이 향상되었다. 또한 LCNF, HCNF, AT-HCNF에 있어서 0.
본 연구는 닥나무 인피섬유에 성질이 다른 각종 나노섬유의 첨가 및 첨가량이 닥나무 인피섬유 시트의 특성 변화를 어떠한 영향을 미치는지 조사하여보았다. 조사한 모든 나노섬유에 있어서 첨가량이 증가함에 따라 감압여과과정에서 측정한 여수시간이 매우 길어졌으며, 평활도, 인장강도 특성이 향상되었다. 이러한 특성 향상은 나노섬유가 마이크로 스케일의 인피섬유의 표면 및 사이의 공극에 피복되어 지력향상제로서의 역할을 하는 것으로 고려되었다.
후속연구
또한, HCNF, AT-HCNF, TEMPO-NF, CNC의 경우는 가시광선의 파장보다 작은 크기로 해섬이 가능하여 투명성을 발휘할 수 있어, 첨가량의 조절에 따라서는 한지 고유의 질감 및 디자인을 그대로 유지하면서 강도적 성질을 향상시킬 수 있는 가능성도 있어 보인다. 더욱이 수입산 닥나무 인피섬유의 낮은 품질을 보완할 수 있는 방법의 일환으로서도 셀룰로오스 나노섬유의 활용이 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
국내 닥나무의 질적 특징은?
사계절이 뚜렷하고 일교차가 큰 우리나라의 기후로 인하여 국내 닥나무는 섬유장이 길고 강인한 성질을 지니고 있어 예로부터 서화용지, 의류, 건축용지 등에 사용된 한지를 제조하는데 활용되어 왔다 (Yoon과 Kim, 2002). 우리나라의 전통문화기술의 하나인 한지는 자연스러운 질감 및 디자인, 뛰어난 흡습성, 보온성, 내구성 등 우수한 성질을 지니고 있어 현재까지도 널리 사용되어오고 있다.
나노섬유의 코팅이 시트의 평활도, 투기도, 인장 강도 특성을 향상시킨 것으로 고려되는 이유는?
1%와 5%) 시트 표면의 전자현미경 사진이다. 나노섬유 미첨가 시트는 인피섬유가 교차적으로 그물망 형태로 초지된것을 알 수 있었으며, 섬유직경은 50 μm 이내로 보이고 있다. 모든 나노섬유에 있어서, 첨가량이 0.1%에서 5%로 증가하면서 인피섬유 표면 및 섬유사이의 공극에 나노섬유가 피복되어 있는 것이 확인되었다. 특히, 5%의 첨가량의 확대사진에서 명확히 인피섬유 사이에 피복되어 있는 나노섬유를 확인할 수 있다. 이러한 나노섬유의 코팅이 시트의 평활도, 투기도, 인장 강도 특성을 향상시킨 것으로 고려된다.
국내 닥나무는 어디에 활용되는가?
사계절이 뚜렷하고 일교차가 큰 우리나라의 기후로 인하여 국내 닥나무는 섬유장이 길고 강인한 성질을 지니고 있어 예로부터 서화용지, 의류, 건축용지 등에 사용된 한지를 제조하는데 활용되어 왔다 (Yoon과 Kim, 2002). 우리나라의 전통문화기술의 하나인 한지는 자연스러운 질감 및 디자인, 뛰어난 흡습성, 보온성, 내구성 등 우수한 성질을 지니고 있어 현재까지도 널리 사용되어오고 있다.
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