나노기술 및 정책 정보

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도쿄(東京)대학 대학원 농학생명과학연구과 생물재료과학전공, 토아(東亞)합성R&D종합센터 등의 공동 연구그룹이 표백제인 차아염소산나트륨(NaClO)의 고농도 수용액을 사용하여 저펄프를 산화시켜 얻은 산화 셀룰로오스를 초음파 등을 이용하여 해체시키는, 기존 보다 적은 에너지를 이용하는 방식을 통해 ‘셀룰로오스 나노 섬유’를 얻는 데 성공함. 연구진은 쉽게 나노 해섬(解繊)할 수 있는 CNF 원료의 개발에 도전해 왔음. 본 실험은 종이 펄프를 원료로 하여 산화 셀룰로오스를 만들고 이를 CNF까지 해섬하는 2단계의 공정으로 이루어짐. 우선 22%의 고농도 차아염소산나트륨 수용액을 사용하여 원료인 저펄프를 산화 처리했으며 촉매를 사용하지 않고 산화 반응이 진행되어 6시간 후에는 카르복실기 당량이 0.87mmol/g에 도달하여 산화 셀룰로오스(가 용해된 수용액)가 됨. 그 후, 산화 셀룰로오스의 용해된 처리액에 믹서 또는 초음파 처리를 실시함. 산화 처리함으로써 나노 섬유 표면에 반발력을 발생시키는 하전기를 도입시켜 셀룰로오스는 해체되기 쉬워져 CNF가 완성됨. 주사형프로브현미경 관찰로 실제 싱글 나노 크기의 CNF가 생성되는 것이 확인됨. 또한 고농도 차아염소산나트륨을 이용한 산화 셀룰로오스는 포도당 단위 C2 및 C3의 글리콜 결합이 산화적으로 분열되어 있는 것이 확인됨. 이는 기존과는 다른 산화 양식으로, 좋은 해섬성의 원인으로 추정됨. 본 연구 성과를 활용함으로써 기존에 비해 낮은 에너지를 통해 CNF를 얻을 수 있을 것으로 기대되며, 향후 저탄소 사회 실현을 위한 CNF의 응용 전개가 가속될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ‘ACS Sustainable Chemistry & Engineering’ (“Nanocellulose Production via One-Pot Formation of C2 and C3 Carboxylate Groups Using Highly Concentrated NaClO Aqueous Solution”) 지에 게재됨.