수용성 폴리머는 수십년동안 많은 용도에 다양한 기능을 제공해 왔습니다. 분자량과 분자 사슬의 길이, 사용 효율(특히 분자량이 높은 것) 및 상대적으로 간단한 취급을 변경함으로써 맞춤화할 수 있는 능력이 있기 때문에 인기가 아주 높습니다. 그러나 경우에 따라 폴리머 점성 첨가제가 필요한 성능을 제공하지 못하는 경우가 있고 이 때에 미세 피브릴화 셀룰로오스가 원하는 특성을 정확하게 제공해 드립니다.

레올로지 성능으로 본 폴리머와 셀룰로오스 섬유의 유사점과 차이점

앞에서 언급했듯이, 특히 고분자량 폴리머는 용액의 점도를 증가시키는데 효율적입니다. 긴 폴리머 사슬은 서로 얽혀 상호 작용하여 유동에 대한 저항성을 만들고 점도를 증가시킵니다. 점도는 폴리머의 농도 또는 폴리머의 성질(예 : 분자량, 사슬 또는 화학적 조성)을 변화시킴으로써 조절할 수 있습니다. 유동(flow)하에서 얽히고 꼬인 고분자 사슬은 흐름에 따라 열리고 늘어나므로 점도가 감소합니다. 전단 후, 폴리머 사슬은 점차 원래의 형태로 되돌아 가고 점도는 정상적으로 회복됩니다. 쉬어씨닝 및 점도 회복은 자주 요구되는 레올로지 특성입니다.

그러나 고분자 점성 물질의 사용에는 한계가 있습니다. 예를 들어, 쉬어씨닝 및 점도 회복에 약간의 시간 지연이 나타납니다. 또한 고분자 사슬은 고전단 (특히 고분자량 폴리머), 염분, pH 및 온도(점도는 일반적으로 온도에 따라 다름)에 민감할 수 있습니다. 이것은 제제 안정성 또는 유동 특성이 실패하는 상황까지 초래할 수 있습니다. 이러한 경우에는 다른 유형의 레올로지 개질제로 바꾸는 것이 해결책이 될 수 있습니다. 마이크로 피브릴화 셀룰로오스는 폴리머와는 다른 메커니즘으로 점도 및 레올로지 특성을 생성합니다. 셀룰로오스 피브릴은 가요성 입자(flexible particle)이기 때문에 환경적 요소에 우선적으로 내성을 갖습니다. 즉 전단력을 매우 잘 견디며 점도는 온도에 의존하지 않으며 염분이나 화학 물질에 의해 손상되지 않습니다.  또한, 전단 또는 점도 회복에 대한 적응이 매우 빠릅니다. 이것은 마이크로 피브릴화 셀룰로오스와 잔탄검의 분무 특성 차이를 보면 아실 수가 있습니다.

그림1은 두 레올로지 개질제가 동일한 점도를 가지고 있어도 다르게 동작하는 것을 보여줍니다. 두 서스펜션은 함량이 1%이고 점도가 4300cP입니다. 그러나 일반적인 스프레이 병에서 스프레이할 때 셀룰로오스 섬유소는 물방울 없이 잘 퍼진 패턴을 보여주지만 잔탄 검은 잘 퍼지지 않으며 이후에 흘러 내립니다. 이는 미세 피브릴화된 셀룰로오스의 쉬어씨닝 작용으로 인해 분무가 용이해지고 전단(스프레이 공정)후 매우 빠른 점도 회복이 가능하기 때문입니다.

그림 1. 1% 현탁액으로 Microfibrillated 셀룰로오스(Exilva, Borregaard)와 잔탄검(Cosphaderm X17, Cosphatec). 두 서스펜션은 비슷한 점도 (Brookfield 점도계로 10rpm에서 측정한 4300cP)를 가지며 스프레이 병에서 수직 표면으로 분사됩니다. 셀룰로오스 피브릴 스프레이는 표면 (오른쪽)에 잘 퍼지고 반면에 잔탄 검은 물방울이 집중된 부분을 만듭니다.

INCORPORATION and DISPERSION : 수용성 폴리머와 셀룰로오스 섬유의 차이점

폴리머 레올로지 개질제 또는 셀룰로스 마이크로 피브릴을 제제에 혼입시키기 위해서는 상이한 요건이 필요합니다. 셀룰로오스 섬유소의 분산은 가장 중요한 성공 기준 중 하나입니다. 일반적으로 생산 시스템이 수용성 고분자 (많은 경우 쉽게 통합 될 수 있음)를 다루기 위해 설치되는 경우, 경험상 이것은 비수용성 셀룰로오스 섬유로 전환하는데 장벽이 되었습니다. 반면에, 마이크로 피브릴화 셀룰로오스는 높은 전단력을 견뎌 내고, 높은 전단 공정 단계 전에 첨가할 기회를 제공합니다.

셀룰로오스 피브릴을 올바르게 분산시키면 효과가 빠르게 나타납니다. 많은 공정에서 점도 증가는 시간 지연없이 일어날 것이며 점도 증가는 함량의 직접적인 결과로 이어집니다. 분산이 성공했는지 확인하기 위해 할 수있는 스트레스 테스트가 있습니다. 셀룰로오스 섬유소의 또 다른 특징은 생산중 또는 최종 제품에서 pH가 매우 낮거나(pH 1-2) 매우 높은(pH 13-14) 환경에서도 원하는 성능으로 생산할 수 있는 기회를 제공합니다. 이것은 전형적으로 수용성 폴리머가 제한을 가진 부분입니다. 잠재적인 가능성이 있습니다. 따라서 위에서 언급 한 몇 가지 측면, 상황이 있다면 셀룰로오스 섬유소를 염두해 두시는 것이 좋습니다.

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