강도 성능을 개선하기 위한 솔루션은 여러가지입니다. 시장에 출시된 새로운 소재에 대해 들어보셨습니까? 보강제와 첨가제를는 어떤 용도로 어떻게 찾으십니까? 지속 가능성에 대한 요구가 커짐에 따라 이를 수행 할 수 있는 소재들인가요? 이번 블로그 포스트에서 새롭게 기대할 사항에 대해 알아보겠습니다.

큰 표면 영역을 갖는 경량의 섬유 : 강도와 강화의 열쇠

다른 제품에서 강도를 제공하는 나노 셀룰로오스 및 셀룰로오스 섬유의 능력은 오랫동안 논의되고 연구되어 왔습니다. 셀룰로오스 피브릴은 강하고 가벼우 며 표면적이 커서 강화제로서 훌륭한 선택이 됩니다. 일부는 셀룰로오스 섬유소가 "차세대 세계를 변화시키는 슈퍼소재"(Gizmodo, 2014) 인 것으로 간주하는가 하면, 다른 사람들은 자동차 생산의 일부가 될 수 있다고 믿고 있습니다. 그러면 실제로 어떻게 작동할까요?

셀룰로오스 피브릴은 기본적으로 고도의 피브릴 화 된 셀룰로오스 섬유이며 아래 그림과 같이 고밀도 3차원 네트워크로 얽혀 있습니다. 이러한 물리적 얽힘은 셀룰로오스 섬유 필름의 강도에 결정적입니다. 또한, 섬유는 많은 하이드록실(OH) 그룹을 갖는 매우 높은 표면적을 가집니다. 이러한 OH기는 수소 결합을 형성하고 필름의 강도에 기여할 수 있습니다. 따라서 물리적 및 화학적 힘이 모두 강도를 높이기 위해 작용하고 있다고 말할 수 있습니다. 이러한 기능은 코팅 및 접착제에서부터 복합 재료 및 콘크리트에 이르기까지 다양한 제품에 활용될 수 있습니다. 구체적인 예를 들어보기 위해 셀룰로오스 섬유로 만든 필름의 예를 표시해 놓았습니다.

Cellulose fibrils network in microscopy at magnification (Exilva from Borregaard).

롤 - 투 - 롤 공정에 의한 강하고 유연한 셀룰로오스 필름

순수한 셀룰로오스 피브릴 필름은 강하지만 동시에 부서지기 쉽습니다. 유연성은 필름에 연화 보조제를 추가하여 향상 시킬 수 있습니다. VTT (핀란드 기술 연구소)는 셀룰로오스 섬유 필름을 생산하기 위한 연속 공정을 개발했습니다. 이들은 세미-파이로트 스케일로 필름을 제조 할 수 있으며, 이 기술은 플라스틱 기재 상에 필름을 주조하는 것을 기본으로 합니(특허 기술 WO2013060934 A2). 그들은 또한 필름에 소르비톨(sorbitol)을 첨가하면 다른 특성을 희생시키지 않으면서 동시에 더욱 유연하게 만들 수 있음을 발견했습니다.

Cellulose fibrils films (Exilva by Borregaard) with sorbitol as a softener produced by VTT.

위 사진은 Borregaard의 Exilva 제품으로 VTT가 생산한 30% 소르비톨 함유 셀룰로오스 피브릴 필름입니다. 소르비톨은 순수한 셀룰로오스 피브릴에 비해 파단시 변형률을 향상시키는 반면, 인장 강도는 약간 감소시킵니다. 이러한 종류의 변화는 유연제가 물질에 첨가될 때 예상되는 현상입니다. 셀룰로오스 섬유소/솔비톨 필름의 인장 강도 및 모듈러스는 전형적인 플라스틱, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리 프로필렌(PP)보다 높습니다. 결과는 셀룰로오스 섬유소가 복합 재료 또는 다층 구조의 강화층으로서 강도제(strength agent)로서 사용될 가능성이 있음을 보여줍니다.

CELLULOSE FIBRILS은 향후 강도 개선을 위한 좋은 대체제로 사용될 가능성이 높습니다.

대체로, 셀룰로오스 섬유소는 여러 가지 목적에 유용한 몇 가지 매우 흥미로운 보강 및 강도 기능을 보여주고 있습니다. 앞으로 복합 소재 제품의 기회가 늘어날 것입니다. 특정 도전 과제는 비극성 매트릭스(on-polar matrices)와 친수성 셀룰로오스 섬유의 상용성 부족과 같은 더 많은 연구가 될 수도 있습니다. 그동안 극성 시스템(polar systems)은 도료에 anti-crack 효과, 종이 제품의 성능 첨가제(Maine 대학교에서 보여 주듯이)에서 큰 도움을 줄 수 있었습니다. 누가 알겠습니까, 아마도 셀룰로오스 피브릴은 미래에 훨씬 더 지속 가능한 환경적 영향으로 개선된 물질에 대한 새로운 발걸음을 내딛을 수 있는 재료가 될 수 있을지요?

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