KR102432045B1 - Method for manufacturing cellulose-based porous material and cellulose-based porous material manufactured by the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 우수한 생분해성, 수분흡수율, 탄성회복력을 가지는 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cellulosic porous material having excellent biodegradability, water absorption rate, and elastic recovery, and to a cellulosic porous material prepared thereby.

Description

셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질{METHOD FOR MANUFACTURING CELLULOSE-BASED POROUS MATERIAL AND CELLULOSE-BASED POROUS MATERIAL MANUFACTURED BY THE SAME}Method for producing a cellulosic porous material and a cellulosic porous material prepared thereby

본 발명은 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cellulosic porous material and to a cellulosic porous material prepared thereby.

고흡수성 수지(super absorbent polymer, SAP)는 3차원적으로 가교된 구조를 가지는 친수성 고분자를 말하는 것으로서, 자체의 무게보다 수천 배의 수용성 액체를 흡수할 수 있는 기능성 소재이다. 그러나 상업적으로 이용되는 SAP의 주원료는 석유계 고분자이므로 석유 자원 고갈, 이산화탄소 방출 및 난분해성으로 인한 환경오염 등 다양한 문제점들이 나타나기 때문에 이에 대한 해결방안으로 여러 종류의 대체 자원이 제시되고 있다.Super absorbent polymer (SAP) refers to a hydrophilic polymer having a three-dimensionally cross-linked structure, and is a functional material that can absorb a water-soluble liquid thousands of times its own weight. However, since the main raw material of commercially used SAP is petroleum-based polymers, various problems such as depletion of petroleum resources, carbon dioxide emission, and environmental pollution due to incombustibility appear.

이 중 천연 바이오매스 자원인 셀룰로오스는 자연계에 풍부한 친환경 고분자이며, 이를 나노 혹은 마이크로 단위로 변환시킨 미세 섬유(micro fiber, microfibrillated cellulose, cellulose nanofibrils 등)는 넓은 비표면적, 우수한 기계적 특성, 비독성, 친수성 및 생분해성 등을 가지고 있어 이를 원료로 한 에어로겔(aerogel) 크세로겔(xerogel), 크라이오겔(cryogel) 등과 같은 다공성 물질 제조에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. Among them, cellulose, a natural biomass resource, is an eco-friendly polymer abundant in nature, and micro fibers (micro fibers, microfibrillated cellulose, cellulose nanofibrils, etc.) and biodegradability, so many studies on the manufacture of porous materials such as aerogel, xerogel, cryogel, etc. are being conducted.

이러한 다공성 물질은 하이드로겔(hydrogel) 상태에서 겔 구조를 유지하면서 구조 내의 액체가 공기로 대체되면서 얻어 진다. 이 물질은 부피의 대부분이 공기로 채워져 있기 때문에 가볍고 밀도가 낮아 흡습, 흡음 및 단열 소재에 효과적으로 적용할 수 있다. 다만, 일반적으로 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질은 섬유 간의 수소결합으로 인해 수분에 노출 시, 결합이 끊어지면서 물에 해리된다는 문제점이 있다. Such a porous material is obtained by replacing the liquid in the structure with air while maintaining the gel structure in a hydrogel state. Since most of the volume is filled with air, this material is light and low in density, so it can be effectively applied to moisture absorption, sound absorption and heat insulation materials. However, cellulosic porous materials generally produced have a problem in that when exposed to moisture due to hydrogen bonds between fibers, the bonds are broken and dissociated in water.

이에, 수분에 노출 시에도 그 구조를 안정적으로 유지하면서도, 수분흡수율, 탄성회복력 등의 물성이 우수한 셀룰로오스계 다공성 물질을 용이하게 제조할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a technology capable of easily manufacturing a cellulosic porous material having excellent physical properties such as moisture absorption and elastic recovery while stably maintaining its structure even when exposed to moisture.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 생분해성, 수분흡수율, 탄성회복력을 가지는 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for producing a cellulosic porous material having excellent biodegradability, water absorption rate, and elastic recovery, and a cellulosic porous material prepared thereby.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시상태는 바이오매스 원료를 이용하여 펄프를 제조하는 단계; 상기 펄프로부터, 셀룰로오스 마이크로 파이버 및 셀룰로오스 피브릴 중 적어도 하나를 포함하는 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계; 상기 셀룰로오스 섬유 및 용제를 포함하는 현탁액을 제조하는 단계; 글리시딜계 화합물을 포함하는 가교제를 상기 현탁액에 첨가하여 하이드로겔을 제조하는 단계; 및 상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 제거하여, 다공성 물질을 제조하는 단계;를 포함하는 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention comprises the steps of producing a pulp using a biomass raw material; producing, from the pulp, cellulose fibers comprising at least one of cellulose microfibers and cellulose fibrils; preparing a suspension containing the cellulose fibers and a solvent; preparing a hydrogel by adding a crosslinking agent including a glycidyl compound to the suspension; and removing the solvent contained in the hydrogel to prepare a porous material; provides a method for producing a cellulosic porous material comprising a.

또한, 본 발명의 일 실시상태는 상기 제조 방법으로 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질을 제공한다.In addition, an exemplary embodiment of the present invention provides a cellulosic porous material prepared by the above manufacturing method.

본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은 3차원 네트워크 구조를 가지는 다공성 물질을 안정적으로 제조할 수 있다.The method for manufacturing a cellulosic porous material according to an exemplary embodiment of the present invention may stably prepare a porous material having a three-dimensional network structure.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은 친환경적이면서도 효율적으로 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조할 수 있다.In addition, the method for producing a cellulosic porous material according to an exemplary embodiment of the present invention can produce an environmentally friendly and efficient cellulosic porous material.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질은 생분해성, 수분흡수율, 탄성력 및 회복력이 우수할 수 있다.In addition, the cellulosic porous material according to an exemplary embodiment of the present invention may have excellent biodegradability, moisture absorption, elasticity and recovery.

다만, 본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and may be variously expanded without departing from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 SEM 사진을 나타낸 것이다.1 shows SEM photographs of cellulose-based airgels prepared in Examples 1 to 4 of the present invention.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case in which a member is in contact with another member but also a case in which another member is present between the two members.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 실시상태는 바이오매스 원료를 이용하여 펄프를 제조하는 단계; 상기 펄프로부터, 셀룰로오스 마이크로 파이버 및 셀룰로오스 피브릴 중 적어도 하나를 포함하는 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계; 상기 셀룰로오스 섬유 및 용제를 포함하는 현탁액을 제조하는 단계; 글리시딜계 화합물을 포함하는 가교제를 상기 현탁액에 첨가하여 하이드로겔을 제조하는 단계; 및 상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 제거하여, 다공성 물질을 제조하는 단계;를 포함하는 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention comprises the steps of producing a pulp using a biomass raw material; producing, from the pulp, cellulose fibers comprising at least one of cellulose microfibers and cellulose fibrils; preparing a suspension containing the cellulose fibers and a solvent; preparing a hydrogel by adding a crosslinking agent including a glycidyl compound to the suspension; and removing the solvent contained in the hydrogel to prepare a porous material; provides a method for producing a cellulosic porous material comprising a.

본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은 3차원 네트워크 구조를 가지는 다공성 물질을 안정적으로 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은 친환경적이면서도 효율적으로 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조할 수 있다.The method for manufacturing a cellulosic porous material according to an exemplary embodiment of the present invention may stably prepare a porous material having a three-dimensional network structure. In addition, the method for producing a cellulosic porous material according to an exemplary embodiment of the present invention can produce an environmentally friendly and efficient cellulosic porous material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 바이오매스 원료는 목질계 바이오매스 원료 및 비목질계 바이오매스 원료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 목질계 바이오매스 원료는 침엽수 목재칩 및 활엽수 목재칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 상기 목질계 바이오매스 원료의 종류를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 비목질계 바이오매스 원료는 케나프(kenaf), 마, 벼, 바가스(bagasse), 대나무, 해조류, 옥수수대, 옥수수심, 볏짚, 왕겨, 밀짚 및 사탕수수대 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 상기 비목질계 바이오매스 원료의 종류를 한정하는 것은 아니다. 전술한 종류의 바이오매스 원료를 사용함으로써, 높은 생분해성을 가지며 친환경 소재인 상기 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the biomass raw material may include at least one of a lignocellulosic biomass raw material and a non-woody biomass raw material. Specifically, the lignocellulosic biomass raw material may include at least one of softwood wood chips and hardwood wood chips, but the type of the lignocellulosic biomass raw material is not limited. In addition, the non-wood-based biomass raw material may include at least one of kenaf, hemp, rice, bagasse, bamboo, seaweed, corn stalk, corn core, rice straw, rice husk, wheat straw and sugar cane stalk. However, the type of the non-wood-based biomass raw material is not limited. By using the above-described type of biomass raw material, the cellulosic porous material having high biodegradability and being an eco-friendly material can be manufactured.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 제조하는 단계는, 상기 바이오매스 원료를 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합 용제와 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 상기 바이오매스 원료를 통해 유기용매 펄프를 제조할 수 있다. 구체적으로, 바이오매스 원료를 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합 용제와 반응시켜 펄프를 형성할 수 있다. 바이오매스 원료를 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합 용제와 반응시켜 펄프를 형성하는 경우, 제조되는 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the manufacturing of the pulp may include reacting the biomass raw material with a mixed solvent of a glycol ether-based solvent and an acid. That is, organic solvent pulp can be prepared from the biomass raw material. Specifically, the pulp may be formed by reacting the biomass raw material with a mixed solvent of a glycol ether-based solvent and an acid. When the biomass raw material is reacted with a mixed solvent of a glycol ether-based solvent and an acid to form pulp, physical properties such as water absorption, water retention, and elastic recovery of the produced porous material can be effectively improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합 용제는 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합물일 수 있다. 상기 글리콜 에테르계 용제는 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 모노프로필 에테르, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 다이에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르, 다이에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 및 다이프로필렌 글리콜 메틸 에테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다만, 상기 글리콜 에테르계 용제의 종류를 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 산으로 염산, 황산, 질산 등을 사용할 수 있으나, 상기 산의 종류를 한정하는 것은 아니다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the mixed solvent may be a mixture of a glycol ether-based solvent and an acid. The glycol ether-based solvent is ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol methyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, and at least one of dipropylene glycol methyl ether. However, the type of the glycol ether-based solvent is not limited. In addition, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc. may be used as the acid, but the type of the acid is not limited.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 혼합 용제는 상기 글리콜 에테르계 용제와 상기 산의 부피비가 95:5 내지 99:1일 수 있다. 구체적으로, 상기 혼합 용제에 포함되는 상기 글리콜 에테르계 용제와 상기 산의 부피비는 96:4 내지 98.5:1.5, 96.5:3.5 내지 98:2, 또는 97:3 내지 97.5:2.5일 수 있다. 상기 혼합 용제에 포함되는 상기 글리콜 에테르계 용제와 산의 부피비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 바이오매스 원료로부터 펄프를 효과적으로 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the mixed solvent may have a volume ratio of the glycol ether-based solvent to the acid of 95:5 to 99:1. Specifically, the volume ratio of the glycol ether-based solvent and the acid included in the mixed solvent may be 96:4 to 98.5:1.5, 96.5:3.5 to 98:2, or 97:3 to 97.5:2.5. When the volume ratio of the glycol ether-based solvent and the acid included in the mixed solvent is within the above range, pulp can be effectively prepared from the biomass raw material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 형성하는 단계는, 상기 바이오매스 원료 1 Kg에 대하여, 상기 혼합 용제를 1L 내지 3L의 혼합비로 반응시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오매스 원료 1 Kg에 대한, 상기 혼합 용제의 혼합비는 1.5L 내지 2.5L, 또는 2L일 수 있다. 상기 바이오매스 원료와 상기 혼합 용제의 혼합비를 전술한 범위로 조절함으로써, 제조되는 펄프의 수율을 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, in the forming of the pulp, the mixed solvent may be reacted at a mixing ratio of 1L to 3L with respect to 1 Kg of the biomass raw material. Specifically, the mixing ratio of the mixed solvent to 1 Kg of the biomass raw material may be 1.5L to 2.5L, or 2L. By adjusting the mixing ratio of the biomass raw material and the mixed solvent to the above-mentioned range, it is possible to improve the yield of the produced pulp.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 형성하는 단계는 100 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 펄프를 형성하는 단계의 온도는 110 ℃ 이상 140 ℃ 이하, 또는 120 ℃ 이상 130 ℃ 이하일 수 있다. 상기 펄프를 형성하는 단계를 수행하는 온도를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 바이오매스 원료로부터 상기 펄프를 안정적으로 형성할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the step of forming the pulp may be performed at a temperature of 100 ℃ or more and 150 ℃ or less. Specifically, the temperature of the step of forming the pulp may be 110 ℃ or more and 140 ℃ or less, or 120 ℃ or more and 130 ℃ or less. By controlling the temperature at which the step of forming the pulp is performed in the above-described range, the pulp can be stably formed from the biomass raw material.

또한, 상기 펄프를 형성하는 단계는 60 분 이상 180 분 이하의 시간, 90 분 이상 160 분 이하의 시간, 또는 120 분 이상 150 분 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 펄프를 형성하는 단계를 수행하는 시간이 전술한 범위 내인 경우, 상기 펄프를 안정적으로 형성할 수 있고, 상기 펄프의 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, the step of forming the pulp may be performed for a time of 60 minutes or more and 180 minutes or less, 90 minutes or more and 160 minutes or less, or 120 minutes or more and 150 minutes or less. When the time for performing the step of forming the pulp is within the above range, the pulp may be stably formed, and the yield of the pulp may be improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 제조하는 단계는, 상기 바이오매스 원료를 통해 크라프트 펄프, 아황산 펄프 및 해조류 펄프 등을 제조할 수도 있다. 또한, 제조된 상기 펄프를 표백하여 사용하거나 또는 표백하지 않고 사용할 수도 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, in the manufacturing of the pulp, kraft pulp, sulfite pulp, and seaweed pulp may be manufactured using the biomass raw material. In addition, the produced pulp may be used after bleaching or without bleaching.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제조된 상기 펄프를 세척할 수 있다. 구체적으로, 증류수를 이용하여 상기 펄프에 함유된 불순물을 제거할 수 있다. 이를 통해, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 물성이 저하되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, it is possible to wash the produced pulp. Specifically, impurities contained in the pulp may be removed using distilled water. Through this, it is possible to effectively prevent the deterioration of the physical properties of the prepared cellulosic porous material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계는, 상기 펄프를 염기성 용액과 혼합하여 펄프 슬러리를 제조하는 단계; 및 상기 펄프 슬러리를 믹서에 투입하고 니딩하여 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. 즉, 상기 공정을 수행함으로써, 상기 펄프로부터 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the manufacturing of the cellulose fiber comprises: preparing a pulp slurry by mixing the pulp with a basic solution; and adding the pulp slurry to a mixer and kneading to prepare the cellulose microfiber. That is, by performing the above process, it is possible to manufacture cellulose microfibers from the pulp.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 염기성 용액은 수산화나트륨 용액, 수산화칼륨 용액 및 수산화리튬 용액을 포함할 수 있으나, 상기 염기성 용액의 종류를 한정하는 것은 아니다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the basic solution may include a sodium hydroxide solution, a potassium hydroxide solution, and a lithium hydroxide solution, but the type of the basic solution is not limited thereto.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리에 포함되는 상기 염기성 용액의 농도는 0.1 N 이상 1 N 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 염기성 용액의 농도는 0.15 N 이상 0.8 N 이하, 0.2 N 이상 0.6 N 이하, 또는 0.25 N 이상 0.5 N 이하일 수 있다. 상기 염기성 용액의 농도가 전술한 범위 내인 경우, 상기 펄프 슬러리로부터 셀룰로오스 마이크로 파이버를 효과적으로 형성할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the concentration of the basic solution included in the pulp slurry may be 0.1 N or more and 1 N or less. Specifically, the concentration of the basic solution may be 0.15 N or more and 0.8 N or less, 0.2 N or more and 0.6 N or less, or 0.25 N or more and 0.5 N or less. When the concentration of the basic solution is within the above range, it is possible to effectively form cellulose microfibers from the pulp slurry.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리의 pH는 8 이상 14 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 펄프 슬러리의 pH는 9 이상 13 이하, 또는 10 이상 12 이하일 수 있다. 상기 펄프 슬러리의 pH를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 펄프 슬러리로부터 셀룰로오스 마이크로 파이버를 효과적으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 펄프 슬러리의 pH가 전술한 범위 내인 경우, 상기 펄프 슬러리에 포함된 섬유의 팽윤이 촉진되어, 후술하는 니딩 처리를 통해 보다 미세화된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 효과적으로 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the pH of the pulp slurry may be 8 or more and 14 or less. Specifically, the pH of the pulp slurry may be 9 or more and 13 or less, or 10 or more and 12 or less. By adjusting the pH of the pulp slurry to the above-mentioned range, it is possible to effectively form cellulose microfibers from the pulp slurry. In addition, when the pH of the pulp slurry is within the above range, the swelling of the fibers included in the pulp slurry is promoted, so that finer cellulose microfibers can be effectively manufactured through a kneading treatment to be described later.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리 100 중량부에 대하여, 상기 펄프의 함량은 3 중량부 이상 15 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 펄프 슬러리 100 중량부에 대하여, 상기 펄프의 함량은 4.5 중량부 이상 12.5 중량부 이하, 5 중량부 이상 10 중량부 이하, 3 중량부 이상 10 중량부 이하, 또는 7.5 중량부 이상 15 중량부 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량은 3 중량% 이상 15 중량% 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, based on 100 parts by weight of the pulp slurry, the content of the pulp may be 3 parts by weight or more and 15 parts by weight or less. Specifically, with respect to 100 parts by weight of the pulp slurry, the content of the pulp is 4.5 parts by weight or more and 12.5 parts by weight or less, 5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less, 3 parts by weight or more and 10 parts by weight or less, or 7.5 parts by weight or more 15 It may be less than or equal to parts by weight. For example, the content of the pulp included in the pulp slurry may be 3% by weight or more and 15% by weight or less.

상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 믹서를 이용한 니딩 공정 시에 섬유간 마찰과 분산이 효율적으로 수행되어, 미세화된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 용이하게 제조할 수 있다. 한편, 상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량이 너무 적은 경우에는 섬유간의 마찰 효율이 저하되어 미세화된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 용이하게 제조할 수 없다. 또한, 상기 펄프 슬러리에 포함된 상기 펄프의 함량이 너무 많은 경우, 상기 펄프 슬러리는 고점도로 니딩이 원활하게 수행되지 않는 문제가 있다.By adjusting the content of the pulp included in the pulp slurry to the above-mentioned range, friction and dispersion between fibers are efficiently performed during the kneading process using a mixer, thereby making it possible to easily manufacture micronized cellulose microfibers. On the other hand, when the content of the pulp included in the pulp slurry is too small, the frictional efficiency between the fibers is lowered, so that it is impossible to easily manufacture the micronized cellulose microfibers. In addition, when the content of the pulp included in the pulp slurry is too large, the pulp slurry has a problem in that kneading is not performed smoothly due to high viscosity.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 니딩하는 단계는 100 rpm 이상 600 rpm 이하의 회전속도로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 니딩하는 단계가 수행되는 회전속도는 150 rpm 이상 550 rpm 이하, 200 rpm 이상 500 rpm 이하, 250 rpm 이상 450 rpm 이하, 또는 300 rpm 이상 400 rpm 이하일 수 있다. 상기 니딩하는 단계가 수행되는 회전속도를 전술한 범위로 조절함으로써, 제조되는 셀룰로오스 마이크로 파이버를 보다 안정적으로 형성할 수 있다. 상기 회전속도는 니딩하는 단계에서 사용되는 믹서의 회전속도를 의미할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the kneading step may be performed at a rotation speed of 100 rpm or more and 600 rpm or less. Specifically, the rotation speed at which the kneading step is performed may be 150 rpm or more and 550 rpm or less, 200 rpm or more and 500 rpm or less, 250 rpm or more and 450 rpm or less, or 300 rpm or more and 400 rpm or less. By adjusting the rotation speed at which the kneading step is performed within the above-described range, the manufactured cellulose microfiber can be more stably formed. The rotation speed may mean a rotation speed of a mixer used in the kneading step.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 니딩하는 단계는 20 ℃ 이상 35 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 니딩을 수행하는 단계의 온도를 전술한 범위로 조절함으로써, 제조되는 셀룰로오스 마이크로 파이버가 변형 및 훼손되는 것을 억제할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the kneading step may be performed at a temperature of 20 ℃ or more and 35 ℃ or less. By adjusting the temperature of the step of performing the kneading to the above-mentioned range, it is possible to suppress deformation and damage to the cellulose microfibers produced.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버의 제조 방법은 상기 니딩을 수행하는 시간을 조절하여, 제조되는 셀룰로오스 마이크로 파이버의 물성을 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 니딩을 수행하는 단계는 1 시간 이상 3 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 이를 통해, 제조되는 세룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, in the method for manufacturing the cellulose microfibers, the physical properties of the cellulose microfibers to be manufactured can be controlled by controlling the time for performing the kneading. Specifically, the step of performing the kneading may be performed for a time of 1 hour or more and 3 hours or less. Through this, it is possible to effectively improve the physical properties of the produced cellulose-based porous material, such as moisture absorption, moisture retention, and elastic recovery.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프 슬러리가 투입되는 상기 믹서는 니더(kneader)로서, 호바트 믹서, 스파이럴 믹서, 또는 버티컬 믹서일 수 있다. 다만, 상기 믹서의 종류를 한정하는 것은 아니고, 상기 펄프 슬러리에 전단력을 가할 수 있는 공지된 기기를 사용할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the mixer to which the pulp slurry is added is a kneader, and may be a Hobart mixer, a spiral mixer, or a vertical mixer. However, the type of the mixer is not limited, and a known device capable of applying a shearing force to the pulp slurry may be used.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계는, 상기 펄프를 균질화 처리하여 상기 셀룰로오스 피브릴을 제조하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 전술한 유기용매 펄프를 균질화 처리하여 셀룰로오스 피브릴을 제조할 수 있다. 이를 통해, 셀룰로오스 나노피브릴(cellulose nanofibrils, CNF), 또는 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose, MFC)를 제조할 수 있다. 상기 펄프를 균질화시키기 위하여, 당업계에서 사용되는 고압 균질기, 고압 유화기 등을 사용할 수 있다. 예를 들어, 고압 균질기를 사용하여 상기 펄프를 균질화시키는 경우, 상기 고압 균질기에 상기 펄프를 통과시키는 횟수, 상기 고압 균질기의 작동 압력 등을 조절하여, 제조되는 셀룰로오스 피브릴의 크기, 형태 등을 제어할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the manufacturing of the cellulose fiber may include homogenizing the pulp to prepare the cellulose fibrils. Specifically, it is possible to prepare cellulose fibrils by homogenizing the organic solvent pulp described above. Through this, cellulose nanofibrils (CNF), or microfibrillated cellulose (microfibrillated cellulose, MFC) can be prepared. In order to homogenize the pulp, a high-pressure homogenizer, a high-pressure emulsifier, etc. used in the art may be used. For example, when homogenizing the pulp using a high-pressure homogenizer, the number of times the pulp is passed through the high-pressure homogenizer, the operating pressure of the high-pressure homogenizer, etc. are adjusted to determine the size, shape, etc. of the cellulose fibrils produced. can be controlled

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유의 리그닌 함량은 30 중량% 이하일 수 있다. 즉, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버의 리그닌 함량이 30 중량% 이하일 수 있고, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 피브릴의 리그닌 함량이 30 중량% 이하일 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the lignin content of the cellulose fiber may be 30% by weight or less. That is, the lignin content of the cellulose microfibers prepared from the pulp may be 30% by weight or less, and the lignin content of the cellulose fibrils prepared from the pulp may be 30% by weight or less.

구체적으로, 제조된 상기 셀룰로오스 섬유(셀룰로오스 마이크로 파이버 또는 셀룰로오스 피브릴)의 리그닌 함량은 0.1 중량% 이상 30 중량% 이하, 1 중량% 이상 28 중량% 이하, 5 중량% 이상 25 중량% 이하, 10 중량% 이상 22.5 중량% 이하, 또는 15 중량% 이상 20 중량% 이하일 수 있다. 한편, 제조된 상기 셀룰로오스 섬유를 표백 처리하여 리그닌을 제거함으로써, 리그닌 함량이 0 중량%인 셀룰로오스 섬유를 형성할 수 있다.Specifically, the lignin content of the prepared cellulose fibers (cellulose microfibers or cellulose fibrils) is 0.1 wt% or more and 30 wt% or less, 1 wt% or more and 28 wt% or less, 5 wt% or more and 25 wt% or less, 10 wt% % or more and 22.5 wt% or less, or 15 wt% or more and 20 wt% or less. On the other hand, by bleaching the prepared cellulose fiber to remove lignin, it is possible to form a cellulose fiber having a lignin content of 0 wt%.

상기 셀룰로오스 섬유의 리그닌 함량이 전술한 범위 내인 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도 등의 물성을 효과적으로 개선시킬 수 있다.When the lignin content of the cellulose fiber is within the above-mentioned range, physical properties such as water absorption rate, water retention amount, elastic recovery force, and tensile strength of the prepared cellulosic porous material can be effectively improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유의 크기는 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하일 수 있다. 즉, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버의 크기는 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하일 수 있고, 상기 펄프로부터 제조된 상기 셀룰로오스 피브릴의 크기는 0.1 ㎛ 이상 500 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스 섬유의 크기는 1 ㎛ 이상 475 ㎛ 이하, 5 ㎛ 이상 450 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 400 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 375 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이상 350 ㎛ 이하, 40 ㎛ 이상 320 ㎛ 이하, 0.1 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 10 ㎛ 이상 100 ㎛ 이하, 15 ㎛ 이상 97.5 ㎛ 이하, 20 ㎛ 이상 95 ㎛ 이하, 또는 25 ㎛ 이상 92.5 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유의 크기가 전술한 범위 내인 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도 및 압축강도 등의 효과적으로 개선될 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스 섬유의 크기는 입자의 평균크기를 의미할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the size of the cellulose fiber may be 0.1 μm or more and 500 μm or less. That is, the size of the cellulose microfibers prepared from the pulp may be 0.1 μm or more and 500 μm or less, and the size of the cellulose fibrils prepared from the pulp may be 0.1 μm or more and 500 μm or less. Specifically, the size of the cellulose fibers is 1 µm or more and 475 µm or less, 5 µm or more and 450 µm or less, 10 µm or more and 400 µm or less, 20 µm or more and 375 µm or less, 30 µm or more and 350 µm or less, 40 µm or more and 320 µm or less. , 0.1 μm or more and 100 μm or less, 10 μm or more and 100 μm or less, 15 μm or more and 97.5 μm or less, 20 μm or more and 95 μm or less, or 25 μm or more and 92.5 μm or less. When the size of the cellulose fiber is within the above range, the water absorption rate, water retention amount, elastic recovery force, tensile strength and compressive strength of the produced cellulosic porous material can be effectively improved. In addition, the size of the cellulose fibers may mean the average size of the particles.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유와 용제를 혼합하여, 현탁액을 제조할 수 있다. 상기 용제로서 증류수, 물, 아세톤, 에탄올, 메탄올 등을 사용할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, a suspension may be prepared by mixing the cellulose fibers and a solvent. Distilled water, water, acetone, ethanol, methanol, etc. can be used as the solvent.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 현탁액 100 중량부를 기준으로, 상기 셀룰로오스 섬유의 함량은 0.5 중량부 이상 10 중량부 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 현탁액에 포함되는 상기 셀룰로오스 섬유의 함량은 상기 현탁액 100 중량부를 기준으로, 1 중량부 이상 8.5 중량부 이하, 1 중량부 이상 5 중량부 이하, 1 중량부 이상 3 중량부 이하, 2.5 중량부 이상 7.5 중량부 이하, 4.5 중량부 이상 6 중량부 이하, 0.5 중량부 이상 5 중량부 이하, 또는 5 중량부 이상 10 중량부 이하일 수 있다. 상기 현탁액에 포함된 상기 셀룰로오스 섬유의 함량을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔을 효과적으로 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, based on 100 parts by weight of the suspension, the content of the cellulose fiber may be 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less. Specifically, the content of the cellulose fiber included in the suspension is based on 100 parts by weight of the suspension, 1 part by weight or more and 8.5 parts by weight or less, 1 part by weight or more and 5 parts by weight or less, 1 part by weight or more and 3 parts by weight or less, 2.5 It may be at least 7.5 parts by weight, at least 4.5 parts by weight and up to 6 parts by weight, at least 0.5 parts by weight and not more than 5 parts by weight, or at least 5 parts by weight and not more than 10 parts by weight. By adjusting the content of the cellulose fibers included in the suspension to the above-described range, the hydrogel can be effectively prepared.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비는 1:0.1 내지 1:10일 수 있다. 구체적으로, 상기 현탁액에 포함된 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비는 1:0.3 내지 1:8.5, 1:0.5 내지 1:7, 1:1 내지 1:5, 1:1 내지 1:3, 1:0.1 내지 1:5, 1:0.5 내지 1:3.5, 또는 1:1 내지 1:2일 수 있다. 상기 현탁액에 포함된 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비가 전술한 범위 내인 경우, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교가 효과적으로 형성될 수 있고, 이에 의해 3차원 네트워크 구조를 가지는 다공성 물질이 안정적으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도, 압축강도 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the molar ratio of the cellulose fiber and the crosslinking agent may be 1:0.1 to 1:10. Specifically, the molar ratio of the cellulose fiber and the crosslinking agent included in the suspension is 1:0.3 to 1:8.5, 1:0.5 to 1:7, 1:1 to 1:5, 1:1 to 1:3, 1 :0.1 to 1:5, 1:0.5 to 1:3.5, or 1:1 to 1:2. When the molar ratio of the cellulose fibers and the crosslinking agent included in the suspension is within the above range, crosslinking between the cellulose fibers can be effectively formed, whereby a porous material having a three-dimensional network structure can be stably formed. Through this, it is possible to effectively improve the physical properties of the produced cellulosic porous material, such as water absorption, water retention, elastic recovery force, tensile strength, compressive strength.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 글리시딜계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 글리시딜계 화합물은 분자 구조 내에 글리시딜기를 적어도 2 이상 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 글리시딜계 화합물은 글리세롤 디글리시딜에테르, 디글리시딜에테르, 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 디에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 프로필렌글리콜 디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 및 폴리(프로필렌글리콜)디글리시딜에테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the crosslinking agent may include a glycidyl-based compound. Specifically, the glycidyl-based compound may include at least two or more glycidyl groups in the molecular structure. More specifically, the glycidyl compound is glycerol diglycidyl ether, diglycidyl ether, ethylene glycol diglycidyl ether, diethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol It may include at least one of diglycidyl ether, and poly (propylene glycol) diglycidyl ether.

상기 가교제로서 글리시딜계 화합물을 사용함으로써, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교를 효과적으로 형성할 수 있다. 또한, 가교제로서 글리시딜계 화합물을 사용하는 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질은 수분 침지 시에도 물속에서 해리되지 않고 그 형태를 안정적으로 유지할 수 있다. 한편, 종래 가교제로 사용된 포름알데히드는 인체 및 환경에 유해한 문제가 있었으나, 상기 글리시딜계 화합물은 비독성으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.By using the glycidyl compound as the crosslinking agent, crosslinking between the cellulose fibers can be effectively formed. In addition, when a glycidyl-based compound is used as a crosslinking agent, the prepared cellulosic porous material does not dissociate in water even when immersed in water, and its shape can be stably maintained. On the other hand, the conventional formaldehyde used as a crosslinking agent has a problem that is harmful to the human body and the environment, but the glycidyl-based compound can solve this problem because it is non-toxic.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는, 상기 현탁액에 염기성 촉매제를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 셀룰로오스 섬유 및 상기 가교제를 포함하는 현탁액에 상기 염기성 촉매제를 첨가함으로써, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교 반응을 촉진시킬 수 있다. 또한, 상기 염기성 촉매제를 사용함으로써, 가교 반응의 시간을 단축시킬 수 있고, 가교 반응이 수행되는 온도를 낮출 수 있는 이점이 있다. 상기 염기성 촉매제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화리튬 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, preparing the hydrogel may include adding a basic catalyst to the suspension. By adding the basic catalyst to the suspension including the cellulose fibers and the crosslinking agent, it is possible to promote a crosslinking reaction between the cellulose fibers. In addition, by using the basic catalyst, the time of the crosslinking reaction can be shortened, and there is an advantage in that the temperature at which the crosslinking reaction is performed can be lowered. The basic catalyst may include at least one of sodium hydroxide, potassium hydroxide, and lithium hydroxide.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 염기성 촉매제의 몰비는 1:0.1 내지 1:3일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스 섬유와 상기 염기성 촉매제의 몰비는 1:0.3 내지 1:2.5, 1:0.5 내지 1:2, 1:0.7 내지 1:1.8, 또는 1:1 내지 1:1.5일 수 있다. 상기 현탁액에 포함되는 상기 염기성 촉매제의 함량이 전술한 범위 내인 경우, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교 반응을 효과적으로 촉진시켜, 셀룰로오스계 다공성 물질 제조 공정 시간을 감소키시고 제조 효율을 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the molar ratio of the cellulose fiber to the basic catalyst may be 1:0.1 to 1:3. Specifically, the molar ratio of the cellulose fiber to the basic catalyst may be 1:0.3 to 1:2.5, 1:0.5 to 1:2, 1:0.7 to 1:1.8, or 1:1 to 1:1.5. When the content of the basic catalyst included in the suspension is within the above-described range, it is possible to effectively promote a crosslinking reaction between the cellulose fibers, thereby reducing the cellulosic porous material manufacturing process time and improving manufacturing efficiency.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는, 20 ℃ 이상 100 ℃ 이하의 온도에서, 5 분 이상 180 분 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는 25 ℃ 이상 85 ℃ 이하, 30 ℃ 이상 70 ℃ 이하, 35 ℃ 이상 55 ℃ 이하, 40 ℃ 이상 100 ℃ 이하, 50 ℃ 이상 90 ℃ 이하, 또는 60 ℃ 이상 80 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 하이드로겔을 제조하는 단계는 15 분 이상 160 분 이하, 30 분 이상 140 분 이하, 45 분 이상 120 분 이하, 또는 60 분 이상 90 분 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 하이드로겔을 제조하는 온도 및 시간을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 현탁액으로부터 상기 하이드로겔을 안정적으로 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the step of preparing the hydrogel may be performed at a temperature of 20 ℃ or more and 100 ℃ or less, for a time of 5 minutes or more and 180 minutes or less. Specifically, the step of preparing the hydrogel is 25 ℃ or more and 85 ℃ or less, 30 ℃ or more and 70 ℃ or less, 35 ℃ or more and 55 ℃ or less, 40 ℃ or more and 100 ℃ or less, 50 ℃ or more and 90 ℃ or less, or 60 ℃ or more. It can be carried out at a temperature of 80 °C or less. In addition, the step of preparing the hydrogel may be performed for a time of 15 minutes or more and 160 minutes or less, 30 minutes or more and 140 minutes or less, 45 minutes or more and 120 minutes or less, or 60 minutes or more and 90 minutes or less. By controlling the temperature and time for preparing the hydrogel in the above-described ranges, the hydrogel can be stably prepared from the suspension.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 다공성 물질을 제조하는 단계는, 상기 하이드로겔을 냉동시키고 동결 건조시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동시키기 위하여, 냉동기 혹은 액화 질소를 이용하여 상기 하이드로겔을 얼음-주형(ice-templating)시킬 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동시킴으로써 내부에 공극을 형성할 수 있고, 이후에 동결 건조를 통해 상기 용제를 제거함으로써, 다공성 물질을 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, preparing the porous material may include freezing and freeze-drying the hydrogel. In order to freeze the hydrogel, the hydrogel may be ice-templated using a freezer or liquid nitrogen. By freezing the hydrogel, pores can be formed therein, and then, by removing the solvent through freeze-drying, a porous material can be prepared.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔의 냉동은 -50 ℃ 이상 -5 ℃ 이하의 온도에서 수행되고, 상기 동결 건조는 -85 ℃ 이상 -40 ℃ 이하의 온도 및 1 mTorr 이상 50 mTorr 이하의 압력에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 하이드로겔의 냉동은 -45 ℃ 이상 -10 ℃ 이하, -40 ℃ 이상 -15 ℃ 이하, -35 ℃ 이상 -20 ℃ 이하, 또는 -30 ℃ 이상 -25 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동하는 온도를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 효과적으로 얼릴 수 있고, 이를 통해 상기 하이드로겔 내에 공극(pore)을 효율적으로 형성시킬 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the freezing of the hydrogel is performed at a temperature of -50 ℃ or more and -5 ℃ or less, and the freeze-drying is -85 ℃ or more and -40 ℃ or less and 1 mTorr or more and 50 mTorr or less can be carried out at a pressure of Specifically, the freezing of the hydrogel is -45 ℃ or more -10 ℃ or less, -40 ℃ or more -15 ℃ or less, -35 ℃ or more -20 ℃ or less, or -30 ℃ or more and -25 ℃ or less to be performed at a temperature. can By controlling the temperature for freezing the hydrogel in the above-mentioned range, it is possible to effectively freeze the solvent contained in the hydrogel, thereby efficiently forming pores in the hydrogel.

또한, 상기 동결 건조가 수행되는 온도는 -80 ℃ 이상 -50 ℃ 이하, 또는 -70 ℃ 이상 -60 ℃ 이하일 수 있다. 상기 동결 건조가 수행되는 압력은 5 mTorr 이상 45 mTorr 이하, 10 mTorr 이상 40 mTorr 이하, 15 mTorr 이상 35 mTorr 이하, 또는 20 mTorr 이상 30 mTorr 이하일 수 있다. 냉동된 상기 하이드로겔을 동결 건조시키는 온도 및 압력을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔 내에 얼어 있는 상기 용제를 효과적으로 제거할 수 있고, 이를 통해 셀룰로오스계 다공성 물질의 다공 구조를 안정적으로 형성시킬 수 있다.In addition, the temperature at which the freeze-drying is performed may be -80 °C or more and -50 °C or less, or -70 °C or more and -60 °C or less. The pressure at which the freeze drying is performed may be 5 mTorr or more and 45 mTorr or less, 10 mTorr or more and 40 mTorr or less, 15 mTorr or more and 35 mTorr or less, or 20 mTorr or more and 30 mTorr or less. By adjusting the temperature and pressure for freeze-drying the frozen hydrogel to the above-mentioned ranges, the solvent frozen in the hydrogel can be effectively removed, and through this, the porous structure of the cellulosic porous material can be stably formed. have.

본 발명의 일 실시상태는 상기 제조 방법으로 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention provides a cellulosic porous material prepared by the above manufacturing method.

본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질은 생분해성, 수분흡수율, 탄성력 및 회복력이 우수할 수 있다. The cellulosic porous material according to an exemplary embodiment of the present invention may have excellent biodegradability, moisture absorption, elasticity and recovery.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 에어로겔(aerogel) 크세로겔(xerogel), 또는 크라이오겔(cryogel)의 형태로 형성될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the cellulosic porous material may be formed in the form of airgel, xerogel, or cryogel.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도는 0.05 g/cm3 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도는 0.045 g/cm3 이하, 0.04 g/cm3 이하, 0.035 g/cm3 이하, 0.03 g/cm3 이하, 0.025 g/cm3 이하, 또는 0.023 g/cm3 이하일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도는 0.01 g/cm3 이상, 0.015 g/cm3 이상, 또는 0.02 g/cm3 이상일 수 있다. 전술한 범위의 밀도를 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도, 압축강도 등의 물성이 우수할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the density of the cellulosic porous material may be 0.05 g/cm 3 or less. Specifically, the density of the cellulosic porous material is 0.045 g/cm 3 or less, 0.04 g/cm 3 or less, 0.035 g/cm 3 or less, 0.03 g/cm 3 or less, 0.025 g/cm 3 or less, or 0.023 g/cm 3 or less. cm 3 or less. In addition, the density of the cellulosic porous material may be 0.01 g/cm 3 or more, 0.015 g/cm 3 or more, or 0.02 g/cm 3 or more. The cellulosic porous material satisfying the density in the above-mentioned range may have excellent physical properties such as moisture absorption, moisture retention, elastic recovery, tensile strength, and compressive strength.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 2,000 % 이상 6,000 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 2,500 % 이상 6,000 % 이하, 3,000 % 이상 6,000 % 이하, 3,500 % 이상 6,000 % 이하, 4,000 % 이상 6,000 % 이하, 4,500 % 이상 6,000 % 이하, 5,000 % 이상 6,000 % 이하, 또는 5,500 % 이상 6,000 % 이하일 수 있다. 전술한 범위의 수분 흡수율을 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 흡습 소재에 효과적으로 적용될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the water absorption rate of the cellulosic porous material may be 2,000% or more and 6,000% or less. Specifically, the water absorption rate of the cellulosic porous material is 2,500% or more and 6,000% or less, 3,000% or more and 6,000% or less, 3,500% or more and 6,000% or less, 4,000% or more and 6,000% or less, 4,500% or more, 6,000% or less, 5,000% or more 6,000% or less, or 5,500% or more and 6,000% or less. The cellulosic porous material satisfying the moisture absorption rate in the above range can be effectively applied to the moisture absorption material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1g 당 수분 보유량은 20 g 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1g 당 수분 보유량은 20 g 이상 60 g 이하, 25 g 이상 60 g 이하, 30 g 이상 60 g 이하, 35 g 이상 60 g 이하, 40 g 이상 60 g 이하, 45 g 이상 60 g 이하, 50 g 이상 60 g 이하, 또는 55 g 이상 60 g 이하일 수 있다. 전술한 범위의 수분 보유량을 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 흡습 소재에 효과적으로 적용될 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the moisture retention per 1 g of the cellulosic porous material may be 20 g or more. Specifically, the moisture retention per 1 g of the cellulosic porous material is 20 g or more and 60 g or less, 25 g or more 60 g or less, 30 g or more 60 g or less, 35 g or more 60 g or less, 40 g or more 60 g or less, 45 g It may be 60 g or more, 50 g or more and 60 g or less, or 55 g or more and 60 g or less. The cellulosic porous material satisfying the moisture retention amount in the above-described range can be effectively applied to the moisture absorption material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 150 gf/mm2 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 150 gf/mm2 이상, 170 gf/mm2 이상, 200 gf/mm2 이상, 250 gf/mm2 이상, 300 gf/mm2 이상, 350 gf/mm2 이상, 400 gf/mm2 이상, 450 gf/mm2 이상, 500 gf/mm2 이상, 550 gf/mm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 600 gf/mm2 이하, 580 gf/mm2 이하, 550 gf/mm2 이하, 또는 500 gf/mm2 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the tensile strength of the cellulosic porous material may be 150 gf/mm 2 or more. Specifically, the tensile strength of the cellulosic porous material is 150 gf/mm 2 or more, 170 gf/mm 2 or more, 200 gf/mm 2 or more, 250 gf/mm 2 or more, 300 gf/mm 2 or more, 350 gf/ mm 2 or more, 400 gf/mm 2 or more, 450 gf/mm 2 or more, 500 gf/mm 2 or more, 550 gf/mm 2 or more. In addition, the tensile strength of the cellulosic porous material may be 600 gf/mm 2 or less, 580 gf/mm 2 or less, 550 gf/mm 2 or less, or 500 gf/mm 2 or less.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 500 gf/mm2 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 550 gf/mm2 이상, 600 gf/mm2 이상, 650 gf/mm2 이상, 700 gf/mm2 이상, 750 gf/mm2 이상, 800 gf/mm2 이상, 850 gf/mm2 이상, 900 gf/mm2 이상, 950 gf/mm2 이상, 1,000 gf/mm2 이상, 1,100 gf/mm2 이상, 1,300 gf/mm2 이상, 1,500 gf/mm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 1,800 gf/mm2 이하, 1,600 gf/mm2 이하, 1,500 gf/mm2 이하, 1,400 gf/mm2 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the compressive strength of the cellulosic porous material may be 500 gf/mm 2 or more. Specifically, the compressive strength of the cellulosic porous material is 550 gf/mm 2 or more, 600 gf/mm 2 or more, 650 gf/mm 2 or more, 700 gf/mm 2 or more, 750 gf/mm 2 or more, 800 gf/ mm 2 or more, 850 gf/mm 2 or more, 900 gf/mm 2 or more, 950 gf/mm 2 or more, 1,000 gf/mm 2 or more, 1,100 gf/mm 2 or more, 1,300 gf/mm 2 or more, 1,500 gf/mm It can be 2 or more. In addition, the compressive strength of the cellulosic porous material may be 1,800 gf/mm 2 or less, 1,600 gf/mm 2 or less, 1,500 gf/mm 2 or less, and 1,400 gf/mm 2 or less.

인장강도 및 압축강도가 전술한 범위를 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 내구성 등의 기계적 물성과 외부 충격에 대한 내충격성 등이 우수할 수 있다.The cellulosic porous material having tensile strength and compressive strength satisfying the above-mentioned ranges may have excellent mechanical properties such as durability and impact resistance against external impact.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be given to describe the present invention in detail. However, the embodiments according to the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not to be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

실시예 1Example 1

셀룰로오스 마이크로 파이버의 제조Preparation of Cellulose Microfibers

침엽수 목재칩을 준비하였다. 준비된 침엽수 목재칩은 클라손 리그닌 함량이 약 28.7%이고, 칩의 크기는 높이 35 (±3) mm X 폭 8 (±3) mm X 두께 7 (±2) mm이다.Softwood wood chips were prepared. The prepared coniferous wood chips had a clasone lignin content of about 28.7%, and the chip size was 35 (±3) mm high X 8 (±3) mm wide X 7 (±2) mm thick.

이후, 글리콜 에테르계 용제로 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르와 산으로 황산(95~%)를 준비하고, 에틸렌 글리콜 모노메틸 에테르와 황산을 97:3의 부피비로 혼합하여 혼합 용제를 제조하였다.Thereafter, sulfuric acid (95%) was prepared with ethylene glycol monomethyl ether and acid as a glycol ether-based solvent, and a mixed solvent was prepared by mixing ethylene glycol monomethyl ether and sulfuric acid in a volume ratio of 97:3.

이후, 목재칩 1Kg에 대하여 혼합 용제 2L의 혼합비로 고압 증기 처리 장치(autoclave, HST 506-6, Hanbaek ST, Korea)에 투입하여 120℃에서 120분간 반응시키고 증류수로 여과하여, 680 mL의 여수도(CSF)를 가지는 유기용매 펄프(리그닌 함량 27.4 %)를 제조하였다.After that, it was put into a high-pressure steam treatment device (autoclave, HST 506-6, Hanbaek ST, Korea) at a mixing ratio of 2L of mixed solvent for 1Kg of wood chips, reacted at 120°C for 120 minutes, filtered with distilled water, and 680 mL of freeness An organic solvent pulp (lignin content 27.4%) having (CSF) was prepared.

제조된 유기용매 펄프와 0.25 N NaOH 수용액(500 mL)를 혼합하여 펄프 슬러리를 제조하였다. 이때, 펄프 슬러리 100 중량부에 대하여 유기용매 펄프의 함량은 5 중량부(5.0 중량%)이었고, 펄프 슬러리의 pH는 약 13 이었다. A pulp slurry was prepared by mixing the prepared organic solvent pulp and 0.25 N aqueous NaOH solution (500 mL). At this time, the content of the organic solvent pulp was 5 parts by weight (5.0 weight %) based on 100 parts by weight of the pulp slurry, and the pH of the pulp slurry was about 13.

이후, 최대용량(총 부피)이 4,500 mL인 호바트 믹서기에, 펄프 슬러리를 약 499.5 mL를 첨가하고, 281 rpm의 회전속도로 3 시간 동안 니딩 처리하여, 셀룰로오스 마이크로 파이버를 수득하였다. Then, about 499.5 mL of the pulp slurry was added to a Hobart mixer having a maximum capacity (total volume) of 4,500 mL, and kneaded at a rotation speed of 281 rpm for 3 hours to obtain cellulose microfibers.

이후, 수득한 셀룰로오스 마이크로 파이버에 2,000 mL의 0.5 N NaOH 수용액을 투입한 다음 여과 및 탈수하여 리그닌을 용출시켰다. 잔여 NaOH 성분을 제거하기 위해 물 세척 과정을 반복하여 최종적으로 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하였다.Thereafter, 2,000 mL of 0.5 N NaOH aqueous solution was added to the obtained cellulose microfiber, followed by filtration and dehydration to elute lignin. The water washing process was repeated to remove residual NaOH components to finally prepare cellulose microfibers.

셀룰로오스계 다공성 물질의 제조Preparation of cellulosic porous material

상기에서 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 증류수와 혼합하여, 현탁액을 제조하였다. 이때, 현탁액 100 중량부를 기준으로, 셀룰로오스 마이크로 파이버의 함량은 1 중량부이었다.The cellulose microfiber prepared above was mixed with distilled water to prepare a suspension. At this time, based on 100 parts by weight of the suspension, the content of the cellulose microfiber was 1 part by weight.

이후, 현탁액에 가교제로서 글리세롤 디글리시딜 에테르와 염기성 촉매제로서 수산화나트륨을 첨가하였다. 이때, 셀룰로오스 마이크로 파이버:가교제:염기성 촉매제의 몰비는 1:1:1이었다.Thereafter, glycerol diglycidyl ether as a crosslinking agent and sodium hydroxide as a basic catalyst were added to the suspension. In this case, the molar ratio of the cellulose microfiber:crosslinking agent:basic catalyst was 1:1:1.

이후, 교반기를 이용하여 상기 현탁액을 약 5 분간 교반하고, 60 ℃의 항온 수조에서 1 시간 동안 반응시켜, 하이드로겔을 제조하였다. 제조된 하이드로겔을 -28 ℃의 냉동고에서 6시간 동안 동결시킨 후, 동결건조기(온도: -40 ℃, 압력: 50 mTorr)에서 48 시간 동안 건조시켜, 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.Thereafter, the suspension was stirred for about 5 minutes using a stirrer, and reacted in a constant temperature water bath at 60° C. for 1 hour to prepare a hydrogel. After freezing the prepared hydrogel in a freezer at -28 ° C. for 6 hours, it was dried in a freeze dryer (temperature: -40 ° C., pressure: 50 mTorr) for 48 hours to prepare a cellulose-based airgel.

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서, 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 아염소산으로 처리하여 표백한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.In Example 1, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1, except that the prepared cellulose microfibers were treated with chlorous acid and bleached.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서 제조된 유기용매 펄프를 준비하였다. 이후, 약 900 bar 압력의 고압균질기(Ariete NS311OH, GEA Niro Soavi, Italy)에 3회 통과시켜, 마이크로피브릴화 셀룰로오스(MFC)를 제조하였다.The organic solvent pulp prepared in Example 1 was prepared. Then, by passing through a high pressure homogenizer (Ariete NS311OH, GEA Niro Soavi, Italy) at a pressure of about 900 bar three times, microfibrillated cellulose (MFC) was prepared.

이후, 상기 실시예 1에서 셀룰로오스 마이크로 파이버를 대신하여 상기에서 제조된 마이크로피브릴화 셀룰로오스를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.Thereafter, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1, except that the microfibrillated cellulose prepared above was used instead of the cellulose microfiber in Example 1.

실시예 4Example 4

활엽수 표백 크라프트 펄프(HwBKP)를 셀룰로오스계 분해효소인 endo-glucanase로 전처리 한 후, 약 900 bar 압력의 고압균질기(Ariete NS311OH, GEA Niro Soavi, Italy)에 7회 통과시켜 셀룰로오스 나노피브릴(CNF)를 제조하였다.After pre-treating hardwood bleached kraft pulp (HwBKP) with endo-glucanase, a cellulose-based degrading enzyme, it was passed through a high pressure homogenizer (Ariete NS311OH, GEA Niro Soavi, Italy) at a pressure of about 900 bar 7 times to pass cellulose nanofibrils (CNF) ) was prepared.

이후, 상기 실시예 1에서 셀룰로오스 마이크로 파이버를 대신하여 상기에서 제조된 셀룰로오스 나노피브릴을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.Thereafter, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cellulose nanofibrils prepared above were used instead of the cellulose microfibers in Example 1.

실시예 5Example 5

우뭇가사리 줄기를 원료로 하여 과산화수소와 가성소다를 이용해 섬유화와 표백 과정을 거쳐 홍조류 펄프를 제작하였다. 이후, 홍조류 펄프를 고압 균질기(Microfluidizer, NH500, ILSHIN AUTOCLAVE, Korea)에 800 bar의 압력으로 5회 통과시켜 홍조류 MFC를 제조하였다.Red algae pulp was produced using agar agar stems as raw materials, followed by fiberization and bleaching using hydrogen peroxide and caustic soda. Thereafter, red algae MFC was prepared by passing the red algae pulp through a high-pressure homogenizer (Microfluidizer, NH500, ILSHIN AUTOCLAVE, Korea) 5 times at a pressure of 800 bar.

이후, 상기 실시예 1에서 셀룰로오스 마이크로 파이버를 대신하여 상기에서 제조된 홍조류 MFC를 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.Thereafter, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1, except that the red algae MFC prepared above was used instead of the cellulose microfiber in Example 1.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 제조된 현탁액을 준비하였다. 이후, 현탁액에 가교제로서 에피클로로하이드린과 염기성 촉매제로서 수산화나트륨을 첨가하였다. 이때, 셀룰로오스 마이크로 파이버:가교제:염기성 촉매제의 몰비는 1:1:1이었다.The suspension prepared in Example 1 was prepared. Then, epichlorohydrin as a crosslinking agent and sodium hydroxide as a basic catalyst were added to the suspension. In this case, the molar ratio of the cellulose microfiber:crosslinking agent:basic catalyst was 1:1:1.

이후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.Thereafter, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1에서 제조된 현탁액을 준비하였다. 이후, 현탁액에 가교제로서 글루타알데하이드와 촉매제로서 황산알루미늄을 첨가하였다. 이때, 셀룰로오스 마이크로 파이버:가교제:촉매제의 몰비는 1:1:1이었다.The suspension prepared in Example 1 was prepared. Then, glutaraldehyde as a crosslinking agent and aluminum sulfate as a catalyst were added to the suspension. At this time, the molar ratio of cellulose microfiber:crosslinking agent:catalyst was 1:1:1.

이후, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.Thereafter, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental example

셀룰로오스계 에어로겔의 공극 분석Porosity analysis of cellulosic airgel

주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM, JSM-7900F, JEOL Ltd., Japan)를 이용하여, 실시예 1 내지 실시에 4에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔을 촬영하였고, 촬영된 사진을 도 1에 나타내었다.Using a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope, SEM, JSM-7900F, JEOL Ltd., Japan), the cellulose-based airgels prepared in Examples 1 to 4 were photographed, and the photographed photograph is shown in FIG. .

도 1은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 SEM 사진을 나타낸 것이다.1 shows SEM photographs of cellulose-based airgels prepared in Examples 1 to 4 of the present invention.

도 1을 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔은 공극(pore)을 포함하는 3차원 네트워크 구조를 가지는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 1 , it was confirmed that the cellulose-based airgels prepared in Examples 1 to 4 had a three-dimensional network structure including pores.

잔존 리그닌 함량 측정Determination of residual lignin content

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버의 잔존 리그닌 함량을 하기와 같이 측정하였다.The residual lignin content of the cellulose microfiber prepared in Example 1 was measured as follows.

구체적으로, 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 동결 건조하여 샘플을 제조하고, 전건 상태의 셀룰로오스 마이크로 파이버 샘플 0.2g에 72% 농도의 황산 5 mL를 투입하고, 1시간 마다 교반하면서 4시간 동안 상온에서 정치하였다. 이후, 196 mL의 증류수를 추가하여 희석한 후, Autoclave에서 120℃의 온도에서 2시간 반응시켰다. 반응이 끝난 후에 증류수를 이용하여 glass filter에 감압·여과하고, glass filter의 잔여물을 105℃ 건조기에서 건조시켰다. 이후, 잔존 리그닌 함량은 하기 식 1로 산출하였다.Specifically, the sample was prepared by freeze-drying the cellulose microfiber prepared in Example 1, and 5 mL of 72% sulfuric acid was added to 0.2 g of the cellulose microfiber sample in a dry state, and stirred every hour for 4 hours. It was left standing at room temperature. Then, after dilution by adding 196 mL of distilled water, the reaction was carried out at a temperature of 120° C. in an autoclave for 2 hours. After the reaction was completed, it was filtered under reduced pressure through a glass filter using distilled water, and the residue of the glass filter was dried in a dryer at 105°C. Thereafter, the residual lignin content was calculated by Equation 1 below.

[식 1][Equation 1]

L = W/S X 100L = W/S X 100

상기 식 1에서, “L”은 잔존 리그닌 함량이고, “S”는 샘플의 전건 중량(g)이고, “W”는 건조된 잔여물의 중량(g)이다.In Equation 1, “L” is the residual lignin content, “S” is the total dry weight of the sample (g), and “W” is the weight of the dried residue (g).

또한, 실시예 2에서 제조된 표백 셀룰로오스 마이크로 파이버, 실시예 3에서 제조된 MFC, 실시예 4에서 제조된 CNF, 실시예 5에서 제조된 홍조류 MFC에 대해서도 잔존 리그닌 함량을 측정하고, 하기 표 1에 나타내었다.In addition, the residual lignin content was measured for the bleached cellulose microfiber prepared in Example 2, MFC prepared in Example 3, CNF prepared in Example 4, and red algae MFC prepared in Example 5, and are shown in Table 1 below. indicated.

입자크기 측정Particle size measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버의 입자크기를 하기와 같이 측정하였다.The particle size of the cellulose microfiber prepared in Example 1 was measured as follows.

구체적으로, 입도분석기(Mastersizer 3000, alvern Instruments Ltd., orcestershire, UK)를 이용하여 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버의 평균 입자크기를 분석하였다. Specifically, the average particle size of the cellulose microfibers prepared in Example 1 was analyzed using a particle size analyzer (Mastersizer 3000, alvern Instruments Ltd., orcestershire, UK).

또한, 실시예 2에서 제조된 표백 셀룰로오스 마이크로 파이버, 실시예 3에서 제조된 MFC, 실시예 4에서 제조된 CNF, 실시예 5에서 제조된 홍조류 MFC에 대해서도 평균 입자크기를 분석하고, 하기 표 1에 나타내었다.In addition, the average particle size of the bleached cellulose microfibers prepared in Example 2, MFC prepared in Example 3, CNF prepared in Example 4, and red algae MFC prepared in Example 5 were analyzed, and the results are shown in Table 1 below. indicated.

밀도 측정Density measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 질량과 부피를 측정하고, 단위부피당 질량으로써 밀도를 계산하여 하기 표 2에 나타내었다.The mass and volume of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 were measured, and the density was calculated as the mass per unit volume, and is shown in Table 2 below.

또한, 실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 밀도를 하기 표 2에 나타내었다.In addition, the densities of the cellulosic airgels prepared in Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 2 are shown in Table 2 below.

수분 흡수율 및 수분 보유량 측정Determination of water absorption and water retention

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 수분 흡수율과 수분 보유량을 하기와 같이 측정하였다.The water absorption and water retention of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 were measured as follows.

셀룰로오스계 에어로겔을 완전히 건조시키고, 건조된 셀룰로오스계 에어로겔을 24 시간 동안 증류수에 침지시켰다. 이후, 셀룰로오스계 에어로겔을 건져 내고 5 분간 떨어지는 물기를 제거한 다음, 하기 식 2를 통해 수분 흡수율을 계산하였고, 하기 식 3을 통해 수분 보유량을 계산하였다.The cellulosic airgel was completely dried, and the dried cellulosic airgel was immersed in distilled water for 24 hours. Thereafter, the cellulose-based airgel was removed and the water falling for 5 minutes was removed, then the water absorption rate was calculated through Equation 2 below, and the water retention amount was calculated through Equation 3 below.

[식 2][Equation 2]

Wt1 = (W - W0)/W0 X 100W t1 = (W - W 0 )/W 0 X 100

[식 3][Equation 3]

Wt2 = (W - W0)/W0 W t2 = (W - W 0 )/W 0

상기 식 2에서, Wt1는 수분 흡수율이고, W는 24 시간 침지 후의 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이고, W0는 초기 건조된 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이다. 또한, 상기 식 3에서, Wt2는 수분 보유량이고, W는 24 시간 침지 후의 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이고, W0는 초기 건조된 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이다.In Equation 2, W t1 is the water absorption rate, W is the mass of the cellulosic airgel after immersion for 24 hours, and W 0 is the mass of the initially dried cellulosic airgel. In addition, in Equation 3, W t2 is the water retention amount, W is the mass of the cellulosic airgel after immersion for 24 hours, and W 0 is the mass of the initially dried cellulosic airgel.

이후, 실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 수분 흡수율 및 수분 보유량을 하기 표 2에 나타내었다.Thereafter, the moisture absorption and moisture retention of the cellulosic airgels prepared in Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 2 are shown in Table 2 below.

탄성회복력 측정Elastic recovery force measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 탄성회복력을 하기와 같이 측정하였다.The elastic recovery force of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 was measured as follows.

먼저, 셀룰로오스계 에어로겔의 압축 전 두께를 측정하였다. 이후, 만능 인장강도 시험기를 이용하여 50kgf 및 1mm/min의 압축 조건 하에서 95%의 변형률로 셀룰로오스계 에어로겔을 압축하였고, 압축된 셀룰로오스계 에어로겔을 24 시간 동안 증류수에 침지 시킨 후, 셀룰로오스계 에어로겔을 건져 내고 5 분간 떨어지는 물기를 제거한 다음, 셀룰로오스계 에어로겔의 두께를 측정하였다. 이후, 압축 전과 압축 후의 셀룰로오스계 에어로겔의 두께 변화율을 계산하였다.First, the thickness before compression of the cellulose-based airgel was measured. Thereafter, the cellulose-based airgel was compressed at a strain rate of 95% under compression conditions of 50kgf and 1mm/min using a universal tensile strength tester, and the compressed cellulose-based airgel was immersed in distilled water for 24 hours, and then the cellulose-based airgel was rescued. After removing the dripping water for 5 minutes, the thickness of the cellulose-based airgel was measured. Then, the rate of change in thickness of the cellulose-based airgel before and after compression was calculated.

이후, 실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 탄성회복력을 하기 표 3에 나타내었다.Then, the elastic recovery force of the cellulose-based airgel prepared in Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 2 is shown in Table 3 below.

인장강도 측정Tensile strength measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 인장강도를 하기와 같이 측정하였다.The tensile strength of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 was measured as follows.

구체적으로, 만능 인장강도 시험기(Hounsfield H500M, England)를 사용하여 셀룰로오스계 에어로겔의 인장강도를 측정하였다. 이때, 인장강도를 측정하기 위하여, 셀룰로오스계 에어로겔을 높이 20 mm, 직경 10 mm의 크기의 시편으로 제작하였고, 로드셀의 하중은 50 kgf, 인장속도는 2 mm/min의 조건으로 설정하였다.Specifically, the tensile strength of the cellulose-based airgel was measured using a universal tensile strength tester (Hounsfield H500M, England). At this time, in order to measure the tensile strength, a cellulose-based airgel was prepared as a specimen having a height of 20 mm and a diameter of 10 mm, and the load cell load was set to 50 kgf and the tensile speed was set to 2 mm/min.

또한, 실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 인장강도를 측정하고, 하기 표 4에 나타내었다.In addition, the tensile strengths of the cellulose-based airgels prepared in Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 2 were measured, and are shown in Table 4 below.

압축강도 측정Compressive strength measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 압축강도를 하기와 같이 측정하였다.The compressive strength of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 was measured as follows.

구체적으로, 만능 인장강도 시험기(Hounsfield H500M, England)를 사용하여 셀룰로오스계 에어로겔의 압축강도를 측정하였다. 이때, 압축강도를 측정하기 위하여, 셀룰로오스계 에어로겔을 높이 10 mm, 직경 10 mm의 크기의 시편으로 제작하였고, 최종 변형률을 75%로 설정하고 1 mm/min의 속도로 측정하였다.Specifically, the compressive strength of the cellulose-based airgel was measured using a universal tensile strength tester (Hounsfield H500M, England). At this time, in order to measure the compressive strength, a cellulose-based airgel was prepared as a specimen having a height of 10 mm and a diameter of 10 mm, and the final strain was set to 75% and measured at a rate of 1 mm/min.

실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1 내지 비교예 2에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 압축강도를 하기 표 4에 나타내었다.The compressive strengths of the cellulose-based airgels prepared in Examples 2 to 5 and Comparative Examples 1 to 2 are shown in Table 4 below.

입자크기(㎛)Particle size (㎛) 리그닌 함량(%)Lignin content (%) 실시예 1Example 1 92.0592.05 17.817.8 실시예 2Example 2 90.0190.01 3.53.5 실시예 3Example 3 48.6248.62 21.421.4 실시예 4Example 4 22.6822.68 0.00.0 실시예 5Example 5 25.6825.68 1.21.2

밀도(g/cm3)Density (g/cm 3 ) 수분 흡수율(%)Moisture absorption rate (%) 수분 보유량(g)Water retention (g) 실시예 1Example 1 0.0210.021 5858.5 ± 93.65858.5 ± 93.6 58.658.6 실시예 2Example 2 0.0210.021 5868.4 ± 184.35868.4 ± 184.3 58.758.7 실시예 3Example 3 0.0290.029 3392.4 ± 190.43392.4 ± 190.4 33.933.9 실시예 4Example 4 0.0250.025 4338.2 ± 120.74338.2 ± 120.7 43.443.4 실시예 5Example 5 0.0260.026 3866.6 ± 78.83866.6 ± 78.8 38.738.7 비교예 1Comparative Example 1 0.0540.054 3108.93108.9 31.131.1 비교예 2Comparative Example 2 0.060.06 3078.43078.4 30.830.8

탄성회복력(%)Elastic recovery force (%) 1회 압축1 compression 2회 압축2 compressions 3회 압축3 compressions 4회 압축4 compressions 5회 압축5 compressions 실시예 1Example 1 98.798.7 93.593.5 91.091.0 91.391.3 86.886.8 실시예 2Example 2 92.592.5 87.087.0 84.584.5 85.485.4 81.981.9 실시예 3Example 3 83.683.6 76.876.8 74.074.0 72.572.5 69.269.2 실시예 4Example 4 98.898.8 95.795.7 93.193.1 93.093.0 87.987.9 실시예 5Example 5 98.998.9 97.497.4 95.495.4 93.493.4 91.291.2 비교예 1Comparative Example 1 70.5570.55 55.9355.93 47.147.1 44.3244.32 3939 비교예 2Comparative Example 2 67.7167.71 57.457.4 45.8545.85 47.8547.85 36.736.7

인장강도(gf/mm2)Tensile strength (gf/mm 2 ) 압축강도(gf/mm2)Compressive strength (gf/mm 2 ) 실시예 1Example 1 303.31303.31 977.67977.67 실시예 2Example 2 316.04316.04 1003.741003.74 실시예 3Example 3 172.72172.72 768.01768.01 실시예 4Example 4 575.13575.13 1548.331548.33 실시예 5Example 5 389.24389.24 1100.711100.71 비교예 1Comparative Example 1 33.333.3 26.726.7 비교예 2Comparative Example 2 30.630.6 22.322.3

상기 표 1 내지 표 4를 참고하면, 본 발명의 실시예 1 내지 실시에 5에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔은 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도 및 압축강도가 우수한 것을 확인하였다.Referring to Tables 1 to 4, it was confirmed that the cellulosic airgels prepared in Examples 1 to 5 of the present invention were excellent in water absorption rate, water retention amount, elastic recovery force, tensile strength and compressive strength.

한편, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔은 실시예 1 내지 실시예 5 대비하여, 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도 및 압축강도가 열등한 것을 확인하였다.On the other hand, it was confirmed that the cellulose-based airgels prepared in Comparative Examples 1 and 2 were inferior in water absorption rate, water retention amount, elastic recovery force, tensile strength and compressive strength compared to Examples 1 to 5.

따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은, 높은 생분해성을 가지면서도 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성회복력, 인장강도 및 압축강도가 우수한 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, the method for producing a cellulosic porous material according to an exemplary embodiment of the present invention can produce a cellulosic porous material having high biodegradability and excellent water absorption, water retention, elastic recovery, tensile strength and compressive strength. can be known

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.The above detailed description illustrates and describes the present invention. In addition, the foregoing is merely to indicate and describe preferred embodiments of the present invention, and as described above, the present invention can be used in various other combinations, modifications and environments, the scope of the concept of the invention disclosed herein, and the writing Changes or modifications are possible within the scope equivalent to one disclosure and/or within the skill or knowledge in the art. Accordingly, the detailed description of the present invention is not intended to limit the present invention to the disclosed embodiments. In addition, the appended claims should be construed to include other embodiments as well.

Claims (17)

바이오매스 원료를 이용하여 펄프를 제조하는 단계;
상기 펄프로부터, 셀룰로오스 마이크로 파이버 및 셀룰로오스 피브릴 중 적어도 하나를 포함하는 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계;
상기 셀룰로오스 섬유 및 용제를 포함하는 현탁액을 제조하는 단계;
글리시딜계 화합물을 포함하는 가교제를 상기 현탁액에 첨가하여 하이드로겔을 제조하는 단계; 및
상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 제거하여, 다공성 물질을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 다공성 물질을 제조하는 단계는,
상기 하이드로겔을 냉동시키고 동결 건조시키는 단계를 포함하는 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
manufacturing pulp using biomass raw material;
producing, from the pulp, cellulose fibers comprising at least one of cellulose microfibers and cellulose fibrils;
preparing a suspension containing the cellulose fibers and a solvent;
preparing a hydrogel by adding a crosslinking agent including a glycidyl compound to the suspension; and
Including; removing the solvent contained in the hydrogel to prepare a porous material;
The step of preparing the porous material,
A method for producing a cellulosic porous material comprising the step of freezing and freeze-drying the hydrogel.
제1항에 있어서,
상기 바이오매스 원료는 목질계 바이오매스 원료 및 비목질계 바이오매스 원료 중 적어도 하나를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The biomass raw material is a method for producing a cellulosic porous material comprising at least one of a lignocellulosic biomass raw material and a non-woody biomass raw material.
제1항에 있어서,
상기 펄프를 제조하는 단계는,
상기 바이오매스 원료를 글리콜 에테르계 용제와 산의 혼합 용제와 반응시키는 단계를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of producing the pulp,
A method for producing a cellulosic porous material comprising the step of reacting the biomass raw material with a solvent mixture of a glycol ether-based solvent and an acid.
제3항에 있어서,
상기 바이오매스 원료 1 Kg에 대하여, 상기 혼합 용제를 1L 내지 3L의 혼합비로 반응시키는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
4. The method of claim 3,
With respect to 1 Kg of the biomass raw material, the method for producing a cellulosic porous material by reacting the mixed solvent at a mixing ratio of 1L to 3L.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계는,
상기 펄프를 염기성 용액과 혼합하여 펄프 슬러리를 제조하는 단계; 및
상기 펄프 슬러리를 믹서에 투입하고 니딩하여 상기 셀룰로오스 마이크로 파이버를 제조하는 단계;를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of producing the cellulose fiber,
mixing the pulp with a basic solution to prepare a pulp slurry; and
The method for producing a cellulosic porous material comprising a; adding the pulp slurry to a mixer and kneading to prepare the cellulose microfiber.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계는,
상기 펄프를 균질화 처리하여 상기 셀룰로오스 피브릴을 제조하는 단계를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of producing the cellulose fiber,
Method for producing a cellulosic porous material comprising the step of homogenizing the pulp to prepare the cellulose fibrils.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유의 리그닌 함량은 30 중량% 이하인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The lignin content of the cellulose fiber is a method for producing a cellulosic porous material that is 30% by weight or less.
제1항에 있어서,
상기 현탁액 100 중량부를 기준으로, 상기 셀룰로오스 섬유의 함량은 0.5 중량부 이상 10 중량부 이하인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
Based on 100 parts by weight of the suspension, the content of the cellulose fiber is 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비는 1:0.1 내지 1:10인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The molar ratio of the cellulose fibers and the crosslinking agent is 1:0.1 to 1:10 of the method for producing a cellulosic porous material.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔을 제조하는 단계는,
상기 현탁액에 염기성 촉매제를 첨가하는 단계를 포함하고,
상기 셀룰로오스 섬유와 상기 염기성 촉매제의 몰비는 1:0.1 내지 1:3인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of preparing the hydrogel,
adding a basic catalyst to the suspension;
The molar ratio of the cellulose fibers and the basic catalyst is 1:0.1 to 1:3 of the method for producing a cellulosic porous material.
제1항에 있어서,
상기 하이드로겔을 제조하는 단계는,
20 ℃ 이상 100 ℃ 이하의 온도에서, 5 분 이상 180 분 이하의 시간 동안 수행되는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The step of preparing the hydrogel,
A method of producing a cellulosic porous material that is carried out at a temperature of 20 ° C. or more and 100 ° C. or less, for a time of 5 minutes or more and 180 minutes or less.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 하이드로겔의 냉동은 -50 ℃ 이상 -5 ℃ 이하의 온도에서 수행되고, 상기 동결 건조는 -85 ℃ 이상 -40 ℃ 이하의 온도 및 1 mTorr 이상 50 mTorr 이하의 압력에서 수행되는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
The method of claim 1,
The freezing of the hydrogel is carried out at a temperature of -50 ℃ or more and -5 ℃ or less, and the freeze-drying is performed at a temperature of -85 ℃ or more and -40 ℃ or less and a pressure of 1 mTorr or more and 50 mTorr or less. A method for producing a porous material.
제1항에 따른 제조 방법으로 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질.
A cellulosic porous material prepared by the method according to claim 1 .
제14항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 밀도는 0.05 g/cm3 이하인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질.
15. The method of claim 14,
The cellulosic porous material has a density of 0.05 g/cm 3 or less of the cellulosic porous material.
제14항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 2,000 % 이상 6,000 % 이하인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질.
15. The method of claim 14,
The cellulosic porous material has a water absorption rate of 2,000% or more and 6,000% or less of the cellulosic porous material.
제14항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1g 당 수분 보유량은 20 g 이상인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질.
15. The method of claim 14,
The cellulosic porous material having a water retention amount of 20 g or more per 1 g of the cellulosic porous material.
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