초록 ▼

□ 연구개요
‣ 본 연구는 일상에서 버려지고 환경에서 사용가치가 없는 폐목재 및 생태계교란식물로부터 셀룰로오스를 추출하고, 얻어진 셀룰로오스에서 나노셀룰로오스를 추출하여 고가치의 원천재료를 산업 분야에서 다양하게 응용 가능할 수 있는 기술을 확보하고자 함
‣ 또한, 마이크로 단위의 셀룰로오스에서 나노셀룰로오스를 얻는 과정에 일반적으로 사용되는 강산을 사용하지 않는 방법을 통하여 나노셀룰로오스를 얻고 저공해 친환경 공정을 통하여 나노셀룰로오스를 얻고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
1단계 목표 : 폐목재

□ 연구개요
‣ 본 연구는 일상에서 버려지고 환경에서 사용가치가 없는 폐목재 및 생태계교란식물로부터 셀룰로오스를 추출하고, 얻어진 셀룰로오스에서 나노셀룰로오스를 추출하여 고가치의 원천재료를 산업 분야에서 다양하게 응용 가능할 수 있는 기술을 확보하고자 함
‣ 또한, 마이크로 단위의 셀룰로오스에서 나노셀룰로오스를 얻는 과정에 일반적으로 사용되는 강산을 사용하지 않는 방법을 통하여 나노셀룰로오스를 얻고 저공해 친환경 공정을 통하여 나노셀룰로오스를 얻고자 함

□ 연구 목표대비 연구결과
1단계 목표 : 폐목재 및 생태교란 식물로부터 최저 화학약품처리에 의한 800 nm이하의 나노셀룰로오스 섬유 개발
1단계 결과 : 양미역취와 폐목재 펄프로부터 얻어진 시료 두 가지 모두 전자선 흡수선량 300kGy에서 처리 후 그라인딩(믹서기 사용)된 펄프들은 약 800 nm 및 그 이하의 나노셀룰로오스 섬유를 얻었음을 발견하였다. 이와 같이, 황산과 같은 강산을 사용하지 않고 전자선을 이용하여 섬유의 손실없이 용이한 방법으로 800 nm이하의 셀룰로오스 나노 섬유를 얻을 수 있었다
2단계 목표 : 폐목재 및 생태교란 식물로부터 최저 화학약품처리에 의한 500 nm이하의 나노셀룰로오스 섬유 개발 및 적절한 응용분야 시험 단계
2단계 결과 : 10 wt% 과산화수소 희석용액에 1시간 동안 침지한 다음 전자선 200 kGy 조사한 후 얻은 펄프를 막자사발에서 막자를 사용하여 손으로 갈아서 얻어진 섬유이다. 과산화수소 전처리된 표백 펄프는 조사를 통하여 셀룰로오스의 하이드록실 그룹의 산화 및 라디칼 발생이 가속화 되어 간단한 수작업 방법을 통하여 쉽게 500 nm이하의 양미역취 및 폐목재 셀룰로오스나노 섬유를 얻음을 알 수 있었고, 전자선을 통한 한 가지 방법으로 얻은 나노 셀룰로오스 섬유보다 과산화수소 희석액을 전 처리했을 경우, 전자선 선량도 적어지면서 더 가는 나노셀룰로오스 섬유를 얻었다. 또한, 폐목재로부터 얻은 나노셀룰로오스 섬유를 탄소 종이로 제조한 후 발열 실험한 결과, 1W 전력으로 1분 내에 종이 전체에 빠른 발열을 나타내는 발열 분야에 가능성을 제시함
3단계 목표 : 폐목재 및 생태교란 식물로부터 최저 화학약품처리에 의한 200 nm이하의 나노셀룰로오스 섬유 개발 및 응용분야 개발
3단계 결과 : 전자선 300 kGy로 조사된 양미역취 펄프와 폐목재 펄프를 막자사발에 넣고 약간의 물을 적신 후 맷돌 방식으로 갈았을 경우 200 nm 이하의 긴 장섬유를 얻었다. 1 단계와 비슷한 실험 방식처럼 보이지만, 그라인딩 단계에서 1 단계에서는 믹서기를 사용하였지만, 3단계에서는 맷돌 방식 방법으로 손으로 갈았을 경우 더 가는 200 nm 이하의 긴 나노섬유를 얻을 수 있었다. 이와 같이, 황산과 같은 강산을 사용하지 않고 전자선을 사용하여 섬유의 손실없이 용이한 방법으로 섬유를 분리할 수 있지만, 그라인딩 단계에서 펄프를 가는 방식이 더 작은 나노셀룰로오스 섬유를 얻을 수 있다는 가능성을 보았다. 또한, 폐목재 펄프로부터 활성탄을 제조하여 슈퍼커패시터 축전능력을 시험한 결과 고용량 슈퍼커패시터의 축전 가능성을 발견함

□ 연구개발결과의 중요성
폐목재나 생태계 교란 식물들을 적극적으로 이용가치를 높이고 효율성이 높은 활용가능한 물질로 대체하여 자원 및 에너지 문제에 대처하여 저탄소 녹색 성장에 기여할 연구가 반드시 필요하며, 게다가, 폐목재 및 생태계 교란 식물로부터 얻은 셀룰로오스로에서 나노셀룰로오스를 얻는 단리하는 과정 중에 60% 이상의 황산을 사용해 화학적으로 단리하는 방법을 사용하는데, 이는 셀룰로오스의 비결정 영역을 제거하여 나노셀룰로오스를 얻는 방법으로 수율이 낮고, 분해정도가 심하고, 강산을 제거하기 위해 다량의 물과 시간을 소모, 에너지 및 환경 오염에 큰 영향을 미친다. 물리적 단리법으로는 고강도 초음파 방법이나 고압처리법 등을 사용하는데 이러한 물리적 단리법들은 에너지가 많이 소모되고 단리하는 동안 기계적 소음이 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 본 연구에서는 최저 화학처리 방법에 의한 나노셀룰로오스 섬유를 얻고 화학적 단리법과 물리적 단리법의 단점을 보완하고자 하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1. 연구의 목표 및 내용 ... 4
• 2. 연구의 필요성 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 21
• 끝페이지 ... 31