[화학] 셀룰로오스가 완전히 새로운 제품인 이유는 무엇입니까?
2017-09-04 15:57:24
MFC가 완전히 새로운 셀룰로오스 제품인 이유는 무엇일까요?
Microfibrillated cellulose(MFC)는 1980년대부터 학문 분야에 등장했지만 현재 이용 가능한 상업적 의미로는 완전히 신생아나 마찬가지입니다. 이 블로그 게시물에서는 MFC가 다른 상용 셀룰로오스 제품과 다른 이유를 간략하게 설명하려고 합니다.
CELLULOSE 란 무엇입니까?
셀룰로오스는 1838년 Anselme Payen이라는 프랑스 과학자에 의해 발견되었습니다. 그는 식물과 식물 근원에 대해 더 자세히 살펴보기 시작했고, 식물 물질에서 셀룰로오스를 분리해내어 화학적 포뮬라의 핵심을 찾아냈습니다.
셀룰로오스 중합체는 함께 연결된 D-글루코오스 단위로 이루어진 선형 중합체(linear polymer)입니다. 그러나 셀룰로오스 중합체는 자연에서는 단일 중합체로 존재하지 않고 흥미롭게도 초분자 구조(supramolecular structure)로 배열되어 있습니다. 간단히 설명하면, 셀룰로오스 중합체는 서로 겹쳐져 소섬유를 형성하고, 이들 소섬유는 다시 자연에 존재하는 셀룰로오스 섬유 구조를 형성합니다.
셀룰로스 섬유 구조는 결정질 및 비정질 영역(crystalline and amorphous regions)으로 구성됩니다. 이 셀룰로오스 섬유 구조가 수년에 걸쳐 개발된 다양한 셀룰로오스 제품 및 품질의 근원입니다.
아래의 그림은 상업적으로 사용 가능한 가장 일반적인 셀룰로오스 제품 중 일부를 MFC와 비교하여 보여줍니다. 아마도 이 셀룰로오스 제품 중 일부는 본 적이 있을 것입니다.
Cellulose Fibers
Powdered cellulose
-Milled and fractionated cellulose fibers
Microcrystaline cellulose
- 셀룰로스 섬유의 산가수분해(Acid hydrolysis of cellulose fibers)
- 높은 결정성, 낮은 종횡비
Cellulose derivatives
- 화학적으로 변형된 셀룰로스
- 가용성 중합체
Microfibrillated cellulose (MFC)
- 세로 방향으로 셀룰로오스 섬유의 피브릴화
- 높은 종횡비
- 마이크로 피브릴의 3D 네트워크
미세 섬유화 셀룰로오스는 다른 셀룰로오스 품질과 어떻게 다릅니까?
MFC가 완전히 새로운 셀룰로오스 제품이라고 믿을 수 있는 세 가지 주요 이유를 알려 드리겠습니다.
1. 다른 셀룰로오스 제품보다 훨씬 높은 표면적
MFC는 셀룰로오스 섬유를 세로로 피브릴화하여 셀룰로오스 진보된 3차원 미세 섬유의 네트워크를 제공합니다. 상상하는 것처럼 이 미세 섬유 네트워크는 일반 셀룰로오스 섬유 또는 분말 셀룰로오스보다 훨씬 더 넓은 표면적을 가지고 있습니다.
표면적이 증가하면 새롭고 흥미로운 특성이 생깁니다. 예를 들어, MFC에는 수분 보유력이 매우 높고 저농도의 강한 겔을 형성 할 수있는 많은 수산기(OH) 그룹이 있습니다. 후자는 물질이 소량으로 첨가 될때 포뮬레이션에 높은 점도 및 개선된 안정성을 제공한다는 것을 의미합니다.
높은 물 보유 용량(water holding capacity)은 예를 들어 코팅 및 콘크리트의 건조 시간 조절, 수성 배합물의 안정화 또는 표면의 더 긴 습윤 유지에 유용합니다.
2. 다른 셀룰로오스 제품보다 훨씬 높은 종횡비
MFC의 3차원 네트워크는 나노 미터 범위의 직경과 마이크로 미터 범위의 길이를 갖는 셀룰로오스 미세 섬유로 구성됩니다. 즉, 마이크로 피브릴은 매우 길고 얇습니다. 그러므로 그들은 낮은 종횡비를 가진 고결정성 입자로 구성된 microcrystalline cellulose(MCC)와 같은 다른 셀룰로오스 제품에 비해 매우 높은 종횡비를 가지고 있습니다. 높은 종횡비의 MFC는 복합재, 필름 및 베리어의 보강을 위한 높은 강도와 잠재력을 제공합니다.
3. 비수용성(Non-soluble)이지만 수용성 셀룰로오스 유도체와 동일한 성질을 유지합니다.
MFC가 3차원적 불용성 미세 섬유로 구성되더라도 그 특성은 종종 용해성 고분자량 중합체의 특성과 비교될 수 있습니다. 예를 들어, 점도를 매우 효과적으로 증가시킬 수 있으며 고분자량 폴리머에서 종종 볼 수있는 극도의 전단 담화 효과(shear thinning effect)를 나타냅니다.
셀룰로오스계 고분자량 중합체의 예는 셀룰로오스 에테르(cellulose ethers, 셀룰로오스 섬유로부터 화학적 변형에 의해 유도됨)와 같은 셀룰로스 유도체입니다. 종종 이러한 셀룰로오스 유도체는 높은 점도 및 전단 담화 효과(shear thinning effect)를 나타내지 만 pH차이, 높은 염 함량 및 고온에 취약할 수 있습니다.
이것은 MFC 물질이 셀룰로스 유도체와 매우 다른 특성을 나타내는 영역입니다. 비용해성 특성으로 인해 물질은 고농도, 고염 농도에서 전체 pH 범위에서 매우 안정합니다.
경쟁에 부합하다.
결론적으로, MFC는 불용성 셀룰로오스 섬유와 가용성 셀룰로오스 유도체 사이의 하이브리드를 나타내기 때문에 새롭고 특별한 셀룰로오스 재료이며, 따라서 한 재료에서 두 유형의 제품 모두의 긍정적인 효과를 얻을 수 있습니다.
또한, 매우 높은 종횡비와 같은 새로운 특성을 제공하여 재료 보강에 잠재력을 부여합니다.
MFC는 첨단 합성 유래 고분자를 앞지르고 경쟁할 수있는 최초의 셀룰로오스 제품입니다. 이는 물을 보유할 수있는 능력, 특수한 레올로지 특성(안정성 극대화를위한 극한 전단 박화 및 높은 점도)과 재료 견고성의 조합 때문입니다.
엑실바 MFC의 샘플이 필요하시거나 상담이 필요하시면 태왕교역(02-459-8333)으로 언제든지 문의주시기 바랍니다.