이 블로그 포스트에서는 미세 섬유화 셀룰로오스(MFC)와 관련된 매력적인 주제를 소개하고자 합니다; MFC 현탁액의 레올로지(Reheology of MFC suspensions). 유변학은 응력하에서 재료의 변형 및 유동에 대한 연구를 뜻합니다. 예를 들어, 재료가 눌려졌을 때 재료가 얼마나 쉽게 변형되는지 또는 파이프에서 액체를 펌핑하는 것이 얼마나 쉬운지와 같은 것입니다.

MFC의 유동학적 특성은 매우 다양하여 연구를 하면 할수록 항상 새로운 것이 발견됩니다. 이번에는 MFC의 두 가지 중요한 유변학적 특성, 즉 점도와 쉬어씨닝( shear thinning) 및 항복응력(yield stress)을 논의 할 것입니다.

고점도 및 극도의 쉬어씨닝(shear thinning)

점도는 레올로지와 관련하여 가장 일반적으로 사용되는 매개 변수입니다. 그것은 흐름에 저항할 수있는 재료의 능력을 설명합니다. 물과 같은 액체에서 이것은 분자 사이의 마찰로부터 비롯되는데, 예를 들어 분자의 크기와 분자 간의 상호 작용에 의존합니다.

MFC 서스펜션은 두 가지 구성 요소로 구성되어 있기 때문에 약간 더 복잡합니다; MFC 섬유와 주변의 물(최종 애플리케이션에서는 더 많은 구성 요소가 있을 수 있습니다).

우리 모두가 알다시피 물은 점도가 매우 낮지만 물에 분산 된 소량의 MFC 섬유가 전체 그림을 변화시킵니다; 결과적으로 현탁액의 점도가 훨씬 높아집니다. 그 이유는 두 가지입니다. 첫째, 액체의 입자는 액체의 flow field을 방해하기 때문에 점도를 증가시킵니다. 둘째로, MFC 섬유는 현탁액에서 단일 섬유가 아닌 대신 효과적으로 흐름에 저항하는 연속적이고 강력한 네트워크를 형성합니다. 그 결과, 현탁액의 점도가 매우 높아집니다.

이 네트워크가 MFC 현탁액의 높은 점도를 설명합니다. 그러나 서스펜션에 힘을 가하면서 스푼으로 혼합하기 시작하면 이 네트워크는 끊어지면서 점도가 떨어집니다. 서스펜션에 더 많은 힘을 가하면 할수록 점도가 감소합니다. 이를 쉬어씨닝(shear thinning)이라고 하며, MFC 현탁액은 매우 높은 쉬어씨닝을 가집니다.

실질적인 결과는 두꺼운 용량의 MFC 현탁액이라도 쉬어 영향 아래에서는 쉽게 유동하기 때문에 펌핑되거나 분무할수 있다는 것입니다. 쉬어가 중단되면 섬유 네트워크가 다시 형성되고 점도가 원래 값으로 다시 증가합니다. 우리는 상당히 높은 shear  force을 사용할 수 있으며, shear  force을 멈추면 그 즉시 점도를 회복합니다.

그림 1. 0.5% MFC 현탁액의 shear thinnig behavior를 보여주는 그래프 : 전단율이 0.025에서 250 s-1로 증가 할 때 점도가 10Pas에서 0.01Pas로 떨어집니다.

High Yield Stress

MFC 네트워크가 흐르는 데는 상당한 힘이 필요합니다. 레올로지 측면에서 흐름을 시작하기 위해 특정 영역당 필요한 힘을 항복응력(yield stress)이라고 합니다. 네트워크를 끊는 데 정확히 얼마나 많은 힘이 필요한지는 섬유 사이의 접촉점 수와 이러한 접촉점에서 얼마나 강한 상호 작용이 있는지에 달려 있습니다.

실제로, 다음의 것들이 네트워크의 강도에 영향을 미칩니다; 물안의 MFC 농도, 섬유가 얼마나 잘 분산되어 있는지, 현탁액의 염분 농도, 다른 성분, pH 등. 가장 높은 겔 강도는 섬유가 잘 분산되었을 때 얻어지나, 그 때에도 섬유들끼리 서로 상호 작용은 강하게 유지합니다.

엑실바 MFC의 샘플이 필요하시거나 상담이 필요하시면 태왕교역(02-459-8333)으로 언제든지 문의주시기 바랍니다.