01. 셀룰로오스 소개
셀룰로오스는 포도당으로 구성된 거대 분자 다당류입니다. 물과 일반적인 유기 용매에 녹지 않습니다. 식물 세포벽의 주요 구성 성분이며, 자연계에서 가장 널리 분포하고 가장 풍부한 다당류이기도 합니다.
셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부한 재생 가능한 자원이며, 가장 많이 축적된 천연 고분자이기도 합니다. 재생 가능하고, 생분해성이 뛰어나며, 생체 적합성이 우수하다는 장점을 가지고 있습니다.
02. 셀룰로오스를 변형하는 이유
셀룰로오스 고분자는 다수의 -OH기를 포함하고 있습니다. 수소 결합의 영향으로 고분자 사이의 힘이 상대적으로 커서 용융 엔탈피 △H가 큽니다. 반면, 셀룰로오스 고분자에는 고리 구조가 있어 분자 사슬의 강성이 커지고, 이로 인해 용융 엔트로피 변화 ΔS가 작아집니다. 이 두 가지 이유로 인해 셀룰로오스의 용융 온도(= △H / △S)가 높아지고, 셀룰로오스의 분해 온도는 상대적으로 낮아집니다. 따라서 셀룰로오스를 특정 온도까지 가열하면 셀룰로오스가 녹기 시작하기 전에 분해되는 현상이 나타나므로, 셀룰로오스 소재 가공에는 먼저 녹인 후 성형하는 방법을 사용할 수 없습니다.
03. 셀룰로오스 변형의 중요성
화석 자원의 고갈과 폐화학 섬유로 인한 환경 문제가 심각해짐에 따라, 천연 재생 가능 섬유 소재의 개발 및 활용이 주목받는 주요 관심사 중 하나가 되었습니다. 셀룰로오스는 자연에서 가장 풍부한 재생 가능 천연 자원입니다. 우수한 흡습성, 정전기 방지, 통기성, 염색성, 편안한 착용감, 용이한 섬유 가공성, 생분해성 등 화학 섬유와는 비교할 수 없는 뛰어난 특성을 지니고 있습니다.
셀룰로오스 분자는 다수의 하이드록실기를 함유하고 있어 분자 내 및 분자 간 수소 결합을 쉽게 형성하며, 고온에서도 녹지 않고 분해됩니다. 그러나 셀룰로오스는 반응성이 뛰어나 화학적 변형이나 접합 반응을 통해 수소 결합을 파괴할 수 있으며, 이를 통해 녹는점을 효과적으로 낮출 수 있습니다. 셀룰로오스는 섬유, 막 분리, 플라스틱, 담배, 코팅 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 제품입니다.
04. 셀룰로오스 에테르화 변형
셀룰로오스 에테르는 셀룰로오스를 에테르화 변형시켜 얻은 셀룰로오스 유도체의 일종입니다. 우수한 점증성, 유화성, 현탁성, 필름 형성성, 보호 콜로이드성, 보습성 및 접착성으로 인해 식품, 의약품, 제지, 페인트, 건축 자재 등 다양한 분야에서 널리 사용됩니다.
셀룰로오스 에테르화는 셀룰로오스 분자 사슬의 하이드록실기가 알칼리 조건에서 알킬화제와 반응하여 생성되는 일련의 유도체입니다. 하이드록실기가 소모됨에 따라 분자간 수소 결합의 수가 감소하여 분자간 힘이 약해지고, 결과적으로 셀룰로오스의 열 안정성이 향상되며, 재료의 가공 성능이 개선되고, 동시에 셀룰로오스의 융점이 낮아집니다.
셀룰로오스의 다른 기능에 대한 에테르화 변형의 효과의 예:
정제된 면을 기본 원료로 사용하여, 연구진은 알칼리화 및 에테르화 반응을 통해 균일한 반응, 높은 점도, 우수한 내산성 및 내염성을 갖는 카르복시메틸하이드록시프로필셀룰로오스(CHP-C) 복합 에테르를 단일 단계 에테르화 공정을 이용하여 제조하였다. 단일 단계 에테르화 공정을 통해 제조된 CHP-C는 우수한 내염성, 내산성 및 용해성을 나타냈다. 프로필렌옥사이드와 클로로아세트산의 상대적인 양을 조절함으로써, 카르복시메틸기와 하이드록시프로필기의 함량이 다른 제품을 제조할 수 있었다. 시험 결과, 단일 단계 공정으로 제조된 CHP-C는 생산 주기가 짧고 용매 소비량이 적으며, 일가 및 이가 염에 대한 내성이 우수하고 내산성도 양호한 것으로 나타났다.
05. 셀룰로오스 에테르화 변형의 전망
셀룰로오스는 자원이 풍부하고 친환경적이며 재생 가능한 중요한 화학 및 화학 원료입니다. 셀룰로오스 에테르화 변형 유도체는 우수한 성능, 광범위한 용도 및 탁월한 사용 효과를 지니고 있어 국가 경제 및 사회 발전의 요구를 상당 부분 충족합니다. 지속적인 기술 발전과 미래의 상업화 실현을 통해 셀룰로오스 유도체의 합성 원료 및 합성 방법이 더욱 산업화된다면, 그 활용도가 더욱 높아지고 더 넓은 범위의 응용 분야에서 가치를 창출할 수 있을 것입니다.
게시 시간: 2023년 2월 20일