초록 ▼

제1장 리그닌을 이용한 바이오리파이너리 연구동향
1 리그닌을 이용한 바이오리파이너리 연구동향
1.1. 연구배경
목질계 바이오매스는 셀룰로오스(Cellulose), 헤미셀룰로오스(Hemicellulose)와 같은 탄수화물 고분자와 리그닌(Lignin), 미량의 추출물 및 회분 등으로 구성되어 있다.전세계적으로 신재생에너지중 바이오에너지 비율을 확대 적용하고 있는 추세이다. 이에 목질계 바이오매스를 이용한 셀룰로오스 계통의 유용한 화학약품이나 바이오에탄올 생산에 많은 관심을 받고 있다. 최근들어 목질계 바이오매스의

제1장 리그닌을 이용한 바이오리파이너리 연구동향
1 리그닌을 이용한 바이오리파이너리 연구동향
1.1. 연구배경
목질계 바이오매스는 셀룰로오스(Cellulose), 헤미셀룰로오스(Hemicellulose)와 같은 탄수화물 고분자와 리그닌(Lignin), 미량의 추출물 및 회분 등으로 구성되어 있다.전세계적으로 신재생에너지중 바이오에너지 비율을 확대 적용하고 있는 추세이다. 이에 목질계 바이오매스를 이용한 셀룰로오스 계통의 유용한 화학약품이나 바이오에탄올 생산에 많은 관심을 받고 있다. 최근들어 목질계 바이오매스의 효율적 이용측면과 목질계 바이오에탄올 생산단가 보전 등의 이유로 리그닌을 이용한 유용한 페놀계 화학약품화,플라스틱 및 탄소섬유 소재화 등의 다양한 바이오리파이너리 연구에 대한 관심이 급증하고 있는 실정이다.

제2장 화학 및 생물학적 처리를 통한 리그닌 화학원료 정제
2 화학 및 생물학적 처리를 통한 리그닌 화학원료 정제
2.1. 고온·고압수 당화 잔사물 및 크라프트흑액으로부터 화학적 처리를 통한 리그닌 분리 및 정제
백합나무 목분의 고온 · 고압수 당화 잔사물을 0.5M NaOH 용액에 녹인 후 불용성물질들을 여과시켜 제거한 후 용액의 pH를 3으로 조절하여 리그닌을 침전시켜 Buchner funnel에 여과한 후 증류수로 세척하여 분리 하였다. 크라프트흑액의 경우는 고농도 염산을 이용하여 pH 3으로 조절한 후 침전된 리그닌을 Buchner funnel에 여과한 후 증류수로 세척하여 분리 하였다.

제3장 리그닌 기반(Lignin-based) 중합 개시제 제조
3 추출 리그닌을 이용한 선택적 및 비선택적 치환 중합 개시제 제조
3.1. 선택적 치환 중합 개시제 제조
크라프트 흑액 추출 리그닌을 이용하여 선택적 치환 리그닌 기반 중합 개시제를 그림 3-1 및 다음과 같은 실험조건에 의해 제조하였다. 리그닌 2.5g과 8mmol(810mg)의 triethylamine를 500ml 둥근 플라스크에 넣은 다음에, 250ml의 EtOAc 서서히 넣어주면서 0℃시 ice-bath에서 1시간 교반하였다. 1시간 교반 후, 8mmol(1.8g)의 2-Bromoisobutyryl bromide를 10ml의 EtOAc와 혼합하여 반응 플라스크에 천천히 주입시켜 반응시켰다. 이때 반응시간은 2-Bromoisobutyryl bromide를 다 첨가한 후, ice-bath를 제거한 후 1시간 반응시켰다. 리그닌 중합 개시제 회수는 다음과 같이 실시하였다. 주어진 반응시간이 지난 후, 10ml의 증류수를 반응 플라스크에 서서히 주입하여 미반응 2-Bromoisobutyryl bromide과 반응시킴으로써 치환반응을 종결한 다음 농축기를 이용하여 EtOAc를 제거하였다. 다시 소량의 DMSO를 반응 플라스크에 첨가하여 녹인 후에 증류수 500ml에 서서히 적하하면서 개시제를 침전시켜 여과하여 회수하였다. 이때, 선택적 치환율을 높이기 위해 상기 치환 반응을 2회 반복(2시간 반응), 3회 반복(3시간 반응)하였다.

제4장 원자-전이 라디칼 중합법을 이용한 리그닌 바이오공중합체 제조
4 모노머(N-Isopropylacryamide, styrene 및 acrylonitrile) 이용한 리그닌 공중합체 제조
4.1. 원자-전이 라디칼 중합법을 이용한 리그닌 공중합체 제조 및 물리·화학적 특성 분석
4.1.1. 원자-전이 라디칼 중합법을 이용한 리그닌 공중합체 제조 방법
100mg의 리그닌 기반 중합 개시제와 161.25~3,225mg의 모노머(N-Isopropylacryamide)를 7ml의 DMSO와 탈 이온수(H₂O)의 비율을 다르게 한 반응용매(DMSO/H₂O, v/v)와 함께 25ml의 Schlenk 플라스크에 넣고 septa cap을 이용하여 밀봉하였다. 밀봉된 플라스크 내 반응물은 해동주기(Freeze-thaw cycles)방법으로 용액 내의 산소가스를 제거한 다음 질소가스로 치환시킨 후 교반하였다. 그리고 175mg의 CuBr 및 211mg의 리간드 약품도 다른 10ml의 Schlenk 플라스크에 6ml의 탈 이온수와 함께 넣고 해동주기방법으로 산소가스를 제거하고 질소가스로 치환시켜 실온에서 10분간 교반을 하였다. 준비된 CuBr-리간드 용액은 주사기를 이용하여 3ml을 취해 개시제 및 모노머가 들어있는 Schlenk 플라스크에 서서히 주입시켜 70~90℃에서 원자전이 라디칼 중합 반응시켜 리그닌공중합체를 제조하였다.

제5장 그라프팅(Grafting) 중합법을 이용한 리그닌 바이오공중합체 제조
5 폴리라틱산(Polylactic acid, PLA) 및 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN) 이용한 리그닌 공중합체 제조
5.1. 그라프팅 중합 방법을 이용한 폴리라틱산(polylactic acid)와의 리그닌 공중합체 제조
5.1.1. 폴리락틴산(polylactic acid, PLA) 합성
200mL 둥근 플라스크에 85% L-Lactic acid 200g을 넣고 오일수조에 담근 다음 환류(reflux) 콘덴서와 트랩을 진공펌프와 연결하였다. 촉매로써 Sn(Oct)₂ 0.34g(0.2 wt%)을 첨가하고 대기압 상태에서 150℃로 2시간 동안 가열한 후, 시료가 용융되면 500rpm으로 교반하면서 감압 하에 19시간 이상 180℃로 가열하여 반응시켰다. 반응이 종료되면 플라스크를 식히고 DCM 용매를 넣어 생성물을 용해한 다음 차가운 diethyl ether 용매에 천천히 넣어주면서 침전시키고 감압 여과 후 60℃ 오븐에서 건조시켜 회수하였다.

제6장 리그닌 바이오공중합체를 이용한 바이오플라스틱 소재화
6 압출성형으로 리그닌 기반 바이오플라스틱 제조
6.1. 고온 및 상온 압출성형 방법으로 플라스틱 제조 방법
고온 및 상온 압출성형 방법으로 리그닌 기반 플라스틱을 성형 제작하였다. 고온압출성형은 약 1.5 g의 리그닌 폴리락틱산계 공중합체를 BA-916 mini molder(Bautech,Korea) 압출성형기의 가열실린더에 넣고 240℃에서 15분간 연화시킨 후 압출하였다. 압출후 경화된 공중합체는 잘게 부순 다음 다시 가열실린더에 넣고 240℃에서 5분간 가열 ·용융 압출하여 12.0(폭)×3.0(두께)×75.5(길이)㎜의 플라스틱으로 제조하였다. 상온 압출성형은 폴리아크릴로나이트릴의 함량이 50, 77, 89%인 리그닌 폴리아크릴로나이트릴계 공중합체를 볼밀(FRITSCH, Germany)를 이용하여 400rpm에서 10분간 분쇄한 후,분말상의 공중합체를 펠릿타이저(Bench Top Standard Press)에 넣고 일정 압력을 가하여 원형의 시편을 제조하였다.

제7장 리그닌 바이오공중합체를 이용한 탄소섬유 소재화
7 리그닌 공중합체를 이용한 나노탄소섬유 제조
7.1. 리그닌 공중합체를 이용한 나노섬유 및 나노탄소섬유 매트 제조
7.1.1. 전자방사를 이용한 나노섬유 매트 제조 방법
리그닌 공중합체와 DMF 유기용매를 전자방사 용액의 농도가 15~18%가 되도록 일정량 혼합하여 60℃ oil-bath에서 24시간 교반하여 녹인 후 금속 노즐이 부착된 5ml의 주사기에 채워 전자방사기(NanoNC Co., Ltd, Korea)에 장착하여 전자방사를 실시하였다. 안정적인 전자방사 조건 탐색을 위해서 방사용액의 유속을 0.85~10.5㎕/min, 전압을 8.5~10.0 kV로 조절하고 알루미늄호일로 감싼 수집판 위에 방사하여 나노섬유 매트를 제작하였다.이때 방사주사기와 수집판 사이의 거리를 15cm로 하였다(그림 7-1).