KR102436489B1 - 가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법 - Google Patents

가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

CNCs 입자 및 질소 원자를 함유하는 아민 화합물을 함유하여 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 제조하였으며, 상기 필름은 조절 가능한 색상의 성질을 유지하면서 가요성을 나타내어 보안 산업, 포장 산업, 제지 산업, 하드 코팅, 인쇄 산업 등에 사용될 수 있다.

Description

가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법{(flexible, iridescent cellulose nanocrystals chiral nematic film, and preparation method thereof)}
본 발명은 새로운 가요성 및 무지개색을 나타내는 나노 결정 셀룰로오스의 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 필름은 NCC(나노결정 셀룰로오스, nanocrystalline cellulose), 또는 CNCs (셀룰로오스 나노결정, cellulose nanocrystals) 및 적정량의 NH기를 함유하는 아민 화합물을 포함한다.
오늘날, 생분해성이고 비석유 기반으로 환경, 건강 및 안전에 위험이 낮은 재생 가능하고 지속 가능한 자원으로 제조된 제품에 대한 소비자, 산업 및 정부의 요구가 점점 커지고 있으며, 셀룰로스 기반물질인 CNCs 또는 NCC 입자는 이러한 엄격한 기준에 적합하다.
상기 CNCs 또는 NCC는 면, 또는 목재 펄프 등의 리그노셀룰로오스 재료의 산 가수분해에 의해 분말 형태로 제조되는 나노 크기의 막대 형태 입자로서, 인장탄성계수(tensile modulus)가 강철이나 케블라 (Kevlar)와 유사하거나 우수하고 (100~180 GPa), 밀도가 작으며 (08~15 g/cm3), 넓은 비표면적 (specific surface area)을 가지고 있는 바이오 기반 소재이다. 이러한 장점들 때문에 필름으로의 가공이 가능하여 포장 산업, 제지 산업, 여과 장치, 인공 피부, 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
상기 CNCs 또는 NCC 분말을 필름 형태로 가공 시에, CNCs 또는 NCC 분말의 나노 크기의 막대 형태 입자는 수성 콜로이드 현탁액에서 랜덤하게 배향하고 있으며, 상기 CNCs 또는 NCC의 콜로이드 현탁액이 임계 농도에 도달하면 키랄네마틱 구조(콜레스테릭 액정)를 형성한다. 이러한 콜레스테릭 액정(키랄네마틱 구조)은 매우 높은 광학활성을 나타내며 좌측 원편광을 반사한다. 반사한 원편광의 파장은 λ=nP(식 중, n는 키랄네마틱 상의 평균 굴절률이며 P는 키랄네마틱 구조의 피치이다)이고, 반사한 광의 파장은 시각에 의해 변화하여 무지개색상으로 나타나게 된다. 이러한 임계 농도의 CNCs 또는 NCC 콜로이드 현탁액을 일정한 용기에 캐스팅하여 건조시키면 무지개색을 나타내는 비교적 평탄한 필름을 형성하는 것이 가능해진다.
이렇게 형성된 필름은 기판 위에 지지되거나, 또는 기판 내에 내장될 수 있어, 예를 들면 이들 필름은 상기의 무지개색 광학 특성을 이용하여 보안 페이퍼 내에 내장시켜 이용할 수 있다. 그러나 이들 필름은 가요성이 없어 파손되기가 매우 쉬어 실질적으로는 산업에 적용이 어려웠다.
일반적으로 가요성을 부여하는 물질로는 일반적인 가소성 물질을 사용하는데, 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름에 가요성을 부여하기 위하여 통상적인 가소성 물질을 사용하는 경우, 무지개색의 발현이 사라지는 현상이 발생할 수 있어 특정의 물질을 사용하는 것이 알려져 있다.
이러한 가요성 문제를 해결하기 위한 특정의 물질을 사용하는 기술로는 특허 문헌 1의 양이온성의 계면활성제를 사용하여 CNCs 또는 NCC 네마틱 필름에 가요성을 부가하고 있는 것, 및 특허 문헌 2에서 OH기를 갖는 고분자와 SBR(Styrene Butadiene Rubber)를 사용하여 CNCs 또는 NCC 네마틱 필름에 가요성을 부가하고 있는 것이 알려져 있을 뿐이다.
특허문헌 1: WO 2014/138976 A1 (2014. 09. 18. 공개) 특허문헌 2: 미국특허공보 US 9,266,261 B2 (2016. 02. 23. 공고)
본 발명에서는 상기의 특허 문헌 1 및 2의 계면활성제, 및 OH기를 갖는 고분자와 SBR(Styrene Butadiene Rubber)과는 다른 새로운 물질인 NH기를 함유하는 이만 화합물을 사용하는 가요성 및 무기재색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에서는 NH기를 함유하는 아민 화합물을 사용함으로써 무지개색을 나타내는 CNC 키랄네마틱 필름에 가요성을 부여하여 본 발명의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태는, 키랄네마틱 구조의 정렬 구조로 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 CNCs 나노 입자 사이에 가요성 브리지를 형성하는 효과가 있는 물질로서 NH기를 함유하는 아민 화합물이 사용되고, 이 NH기를 함유하는 아민 화합물은 상기 키랄네마틱 구조의 정렬 구조를 흩트리지 않으면서도, 그 사이 공간을 채우고 있어, 가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름이 제공되는 것이다.
본 발명의 다른 양태에서는, 나노 결정 셀룰로오스(CNCs) 입자를 수성 매체 중에 콜로이드 현탁액으로 형성하는 단계; 상기 나노 결정 셀룰로오스(CNCs) 입자의 콜로이드 현탁액을 초음파 처리하는 단계; 상기 콜로이드 현탁액에 NH기를 함유하는 아민 화합물을 부가하는 단계; 상기 아민 화합물과 상기 콜로이드 현탁액을 혼합하여 혼합 현탁액을 형성하는 단계; 이 형성된 혼합 현탁액을 초음파 처리하는 단계; 초음파 처리된 혼합 현탁액을 일정의 기판상에 캐스팅하는 단계; 및 상기 기판상의 혼합 현탁액을 건조하는 단계;를 포함하는, 가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, NH기를 함유하는 아민 화합물을 CNCs 함량 대비 0.1 내지 20 중량%로 사용하며, 상기 콜로이드 현탁액의 초음파 처리시간은 30분 내지 90분이고, 혼합 현탁액의 초음파 처리시간은 1 내지 10분인 것을 특징으로 하는 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, 상기 현탁액을 20℃ 내지 70℃에서 20시간 내지 75시간 건조시키는 것을 특징으로 하는 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름 및 이의 제조방법이 제공된다.
본 발명은, 새로운 물질인 NH기를 함유하는 아민 화합물과 이의 사용량 및 이에 따른 특정한 필름의 제조방법을 사용하여 새로운 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름 및 이의 새로운 제조방법을 제공하는 것이다.
도면 1: CNCs 입자만에 의한 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 액정 구조
도면 2: 비교예 1 및 본 발명의 실시예 1 내지 5에 의한 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 나타낸다. 도 2의 필름순서(수평)는 비교예1, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5의 순서이다.
도면 3 내지 6: 비교예 2 및 본 발명의 실시예 6 내지 8(60℃ 건조)에 의한 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 나타낸다.
도면 7: 비교예 1 및 실시예 1 내지 5의 무지개빛 파장에서의 반사 스펙트럼을 나타낸다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다.　다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.　
이하에서는 본 발명의 색 특성을 유지하면서 CNCs 필름에 가요성을 부여하는 것을 목적으로 하는 신규의 CNCs 키랄네마틱 필름 및 새로운 제조단계 및 순서를 포함하는 상기 필름의 제조방법이 제공된다.
우선, 본 발명의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 살펴본다.
순수한 CNCs 콜로이드 현탁액으로 형성되는 고체필름에서 가요성이 부족한 것은 CNCs의 막대 모양의 입자 간에 형성되는 강한 수소결합에 의한 것이다. 본 발명에서는 분자량 10,000 이하의 저분자 화합물이면서 NH기를 함유하는 아민 화합물을 첨가하여 가요성을 증가시킨다. 이러한 저분자 화합물이면서 NH기를 함유하는 아민 화합물로는 직쇄 또는 분지쇄의 아민아마이드 화합물류(아민기 및 아마이드기를 모두 갖는 화합물), 아미노산 화합물, 퓨린류 화합물, 폴리아미도아민 화합물류 등을 들 수 있다. 특히 직쇄의 아민아마이드 화합물류에 해당하는 우레아는 CNCs 필름의 가요성을 개선하는데 효과적이다.
본 발명의 NH기를 함유하는 아민 화합물은 CNCs 결정 표면에 대해서 친화성을 가지므로 CNCs 결정 표면에 대하여 수소 결합할 수 있어, CNCs 입자와의 브릿지 형성에 유리하고, 더욱 바람직하게는 아민기와 함께 아마이드기를 갖는 화합물이 더욱 바람직하다.
상기의 NH기를 함유하는 아민 화합물의 일정량은 CNCs 입자 대비 0.1 내지 20 중량%이고, 바람직하게는 1 내지 20 중량%이며, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 중량%이다. 상기 범위를 벗어나면 본 발명의 상기 필름의 가요성 부여가 부족하거나 또는 상기 본 발명 필름의 무지개색이 발현되지 않을 수 있다.
상기의 NH기를 함유하는 아민기를 갖는 화합물은 무지개색을 나타내기 위한 CNCs 입자의 키랄네마틱 구조를 붕괴시키지 않으면서도, CNCs 입자 사이에 존재하여 CNCs 간의 수소결합 일부를 방해함으로써 CNCs 키랄네마틱 필름에 가요성이 부여되는 것으로 보여진다.
본 발명은, 또한 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 제조에 관한 것이다. 본 발명의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 제조방법은, (1) CNCs(나노 결정 셀룰로오스) 입자를 수성 매체 중에 콜로이드 현탁액으로 형성하는 단계; (2) 상기 CNCs 입자의 콜로이드 현탁액을 1차 초음파 처리하는 단계; (3) 상기 콜로이드 현탁액에 NH기를 함유하는 아민 화합물을 부가하는 단계; (4) 상기 아민 화합물과 상기 콜로이드 현탁액을 혼합하여 혼합 현탁액을 형성하는 단계; (5) 이 형성된 혼합 현탁액을 2차 초음파 처리하는 단계; (6) 2차 초음파 처리된 혼합 현탁액을 일정의 기판상에 캐스팅하는 단계; 및 (7) 상기 기판상의 혼합 현탁액을 건조하는 단계;를 포함한다.
(1) 나노 결정 셀룰로오스(CNCs) 입자를 증류수 등의 수성 매체 중에 콜로이드 현탁액으로 형성하는 단계의 나노 결정 셀룰로오스(CNCs) 입자 콜로이드 현탁액 농도는 약 0.5 내지 6%이며, 바람직하게는 2 내지 6%이고, 더욱 바람직하게는 2 내지 3%이다. 상기의 범위를 벗어나면 필름 형성 및 무지개빛 발현에 영향을 줄 수 있다.
(2) 상기 1차의 콜로이드 현탁액을 초음파처리하는 시간은 약 30 내지 90분이다. 상기 초음파 처리시간이 짧으면 무지개빛의 파장이 단파장쪽으로 이동하고, 처리시간이 길면 장파장쪽으로 이동한다.
(3) 상기 콜로이드 현탁액에 NH기를 함유하는 아민 화합물을 부가하는 단계는 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름에 가요성을 부여하기 위한 것이다.
순수한 나노결정 셀룰로오스(CNCs) 입자 콜로이드 현탁액으로부터 형성되는 고체필름에서 가요성이 부족한 것은 나노결정 셀룰로오스(CNCs)의 막대 모양의 입자 간에 형성되는 강한 수소결합에 의한 것이다. 본 발명에서는 ‘분자량 10,000 이하의 저분자 화합물이면서 NH기를 함유하는 아민 화합물’을 부가하여 가요성을 부여한다.
상기의 NH기를 함유하는 아민기를 갖는 화합물은 무지개색의 발현에 필요한 나노결정 셀룰로오스(CNCs) 입자의 키랄네마틱 구조를 붕괴시키지 않으면서도, 나노결정 셀룰로오스(CNCs) 입자 사이에 존재하여 나노결정 셀룰로오스(CNCs) 간의 수소결합 일부를 방해함으로써 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름에 가요성이 부여되는 것으로 보여진다.
NH기를 함유하는 아민 화합물은 수용성 또는 수불용성이며, 상기 아민 화합물의 부가 방식은 물에 용해하여 부가하거나, 순수한 물질 차체로 부가할 수 있으며, 부가되는 아민 화합물의 양이 미량일 경우에는 수용액 상으로 하여 부가하는 것이 바람직하다.
상기의 분자량 10,000 이하의 저분자 화합물이면서 NH기를 함유하는 아민 화합물로는 직쇄 또는 분지쇄의 아민아마이드 화합물류(아민기 및 아마이드기를 모두 갖는 화합물), 아미노산 화합물, 퓨린류 화합물, 폴리아미도아민 화합물류 등을 들 수 있다. 특히 직쇄의 아민아마이드 화합물류에 해당하는 우레아는 나노결정 셀룰로오스(CNCs) 필름의 가요성을 개선하는데 효과적이다.
본 발명의 NH기를 함유하는 아민 화합물은 CNCs 결정 표면에 대해서 친화성을 가지므로 CNCs 결정 표면에 대하여 수소 결합할 수 있어, CNCs 입자와의 브릿지 형성에 유리하고, 더욱 바람직하게는 아민기와 함께 아마이드기를 갖는 화합물이 더욱 바람직하다.
상기의 가요성을 부여하는 NH기를 함유하는 아민기를 갖는 화합물은 CNCs 입자 대비 0.1 내지 20 중량%로 포함된다. 바람직하게는 1 내지 20 중량%이며, 더욱 바람직하게는 1 내지 15 중량%이다. 상기 범위를 벗어나면 CNCs 키랄네마틱 필름에의 가요성 부여가 부족하거나 또는 상기 필름의 무지개색 발현에 영향이 있을 수 있다. 상기의 NH기를 함유하는 아민 화합물의 부가는 수용액의 형태로 부가하거나, 아민 화합물을 그대로 부가할 수 있다.
(4) 상기 아민 화합물과 상기 콜로이드 현탁액을 혼합하여 혼합 현탁액을 형성하는 단계는 상기의 NH기를 함유하는 아민 화합물, 및 CNCs 콜로이드 현탁액을 혼합하는 단계로서, 기계적 혼합기를 사용하여 혼합하며, 혼합 시간은 혼합되는 물질들이 수용액에 잘 분산되는 시점까지의 시간이다.
(5) 상기 형성된 혼합 현탁액을 2차 초음파 처리하는 단계의 초음파 처리 시간은 대략 1 내지 10분이다.
상기 단계의 초음파 처리는 ‘NH기를 함유하는 아민 화합물, 및 CNCs 입자콜로이드 현탁액의 혼합 현탁액’을 대상으로 하는 것이다.
그러나 상기 1차 및 2차 초음파 처리와 관련하여, NH기를 함유하는 아민 화합물의 용액, 및 나노결정 셀룰로오스(CNCs)의 콜로이드 현탁액에 각각 초음파 처리한 후, 이들 각각의 용액을 합하여 혼합 현탁액을 제조할 수도 있다.
(6) 2차 초음파 처리된 혼합 현탁액을 일정의 기판상에 캐스팅하는 단계는 2차 초음파 처리된 혼합 현탁액을 건조하여 필름을 형성하기 위한 것으로서, 상기 일정의 기판은 플라스틱 (예를 들면, 폴리스틸렌 또는 테프론 (등록상표)) 또는 페트릭디쉬 등의 글래스 등이다.
(7) 상기 기판상의 혼합 현탁액을 건조하는 단계에 의하여 가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름이 얻어진다.
상기 건조의 건조온도는 20 내지 70℃이고, 바람직하게는 20 내지 25℃이며, 건조시간은 20 시간 내지 75시간이며, 바람직하게는 24시간 내지 72시간이다. 상기 건조온도가 20℃ 미만이거나 70℃를 넘으면, 상기 건조온도에 따른 장시간의 건조시간 및 너무 빠른 건조시간으로 인하여 나노결정 셀룰로오스(CNCs) 입자의 키랄네마틱 구조의 변형이 생겨 무지개색의 발현이 어려울 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제조방법으로 제조되는 가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름의 두께는 약 20 내지 110μm이다.
상기의 본 발명의 가요성과 무지개색을 나타내는 CNCs(나노결정 셀룰로오스) 키랄네마틱 필름은 보안 기능이 필요한 위조 및 위조 제품, 특히 위조 통화, 약물 및 음식 등의 관련 분야의 보안을 위한 방법에 사용할 수 있다. 상기 방법은 당업계에 널리 알려진 방법들을 이용한다.
실시예
본 발명은 이하의 실시예에 의해 예시되지만, 이들에만 한정되지는 않는다.
본 발명에 사용된 CNCs 입자는 Celluforce사의 NCCTM (제품명, CAS No: 9005-22-5)이며, 제품 코드는 CelluForce NCV100이다.
일반적인 제조방법: 분자량 10,000 이하의 NH기를 함유하는 아민 화합물을 이용한 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 제조방법
상기 CNCs 입자를 증류수에 넣어 현탁액(0.5~6%(w/w))을 제조하고, 이 제조된 현탁액을 약 60분간 초음파 처리한다. 상기 초음파 처리된 CNCs 현탁액에 상기 CNCs 입자 대비 0.1 내지 20 중량%의 질소 원자를 함유하는 아민 화합물을 부가하여 유리 비커 내에서 자기 교반기를 이용하여 5분간 혼합한다. 이어서 이 혼합물을 5분간 초음파 처리한다. 초음파 처리한 혼합물을 페트릭 디쉬(샬레)에 캐스팅하여 건조온도 20 내지 70℃에서 20 내지 75시간 동안 건조하여 두께 약 20 내지 110μm의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 얻는다.
상기 초음파는 sonics& materials INC사의 모델번호 VCX 130의 초음파 장치를 이용하고, 진폭(Amplitude)를 60%로 하여 10초간 on의 상태에 두고, 다시 10초간 off 상태에 두는 형식으로 처리하였다.
생성된 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름은 아래의 기계(Taber사의 150-D 모델)를 이용하여 그 유연성을 측정하였으며(표 1 참조), 또한 무지개색 파장에서의 반사 스펙트럼을 측정하여(Agilent Technologies사, 모델명: Cary 5000) 무지개색의 반사 세기를 확인하였다(도 4 참조).
Figure 112019119804816-pat00001
실시예 1
Celluforce사의 NCCTM 상품명의 CNCs 입자를 DI water에 3%의 농도의 CNCs 입자 콜로이드 현탁액을 제조한 후, 이 CNCs 입자 콜로이드 현탁액을 60분간 초음파 처리하고, 상기 초음파 처리된 CNCs 입자 콜로이드 현탁액에 우레아를 상기 CNCs 입자 대비 1 중량%로 부가하여 혼합 현탁액을 제조하고, 상기 혼합 현탁액을 초음파로 5분 처리하였다. 상기 초음파 처리된 혼합 현탁액을 폴리스티렌 페트리 디쉬의 용기에 캐스팅하고 25℃에서 약 24시간 건조하여 도면 3의 실시예 1의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 얻었다. 도면 7에서는 위 실시예 1에 관한 무지개빛 파장에서의 반사 스펙트럼을 도시하고 있다(도 2 내지 7 참조).(도 2 및 7 참조).
실시예 2 내지 5
실시예 1 중 우레아의 농도를 각각 2, 3, 4, 및 5 중량%(실시예 2, 3, 4 및 5에 대응)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 도면 2 중 실시예 2 내지 5의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 얻었다. 도면 4에서는 위 실시예 2 내지 5에 관한 무지개빛 파장에서의 반사 스펙트럼을 도시하고 있다(도 2 및 4 참조).
비교예 1
실시예 1 중 우레아를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 도면 2 중 비교예 1의 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 얻었다. 도면 4에서는 위 비교예 1에 관한 무지개빛 파장에서의 반사 스펙트럼을 도시하고 있다(도 2 및 7 참조).
실시예 6
Celluforce사의 NCCTM 상품명의 CNCs 입자를 DI water에 3%의 농도의 CNCs 입자 콜로이드 현탁액을 제조한 후, 이 CNCs 입자 콜로이드 현탁액을 60분간 초음파 처리하고, 상기 초음파 처리된 CNCs 입자 콜로이드 현탁액에 우레아를 상기 CNCs 입자 대비 5 중량%로 부가하여 혼합 현탁액을 제조하고, 상기 혼합 현탁액을 초음파로 5분 처리하였다. 상기 초음파 처리된 혼합 현탁액을 폴리스티렌 페트리 디쉬의 용기에 캐스팅하고 60℃에서 72시간 건조하여 도면 4의 실시예 6의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 얻었다.
실시예 7 및 8
실시예 6 중 우레아의 농도를 각각 10 및 15 중량%(실시예 7 및 8에 대응)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 실시하여 도면 5 및 6의 실시예 7 및 8의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 얻었다.
비교예 2
실시예 6 중 우레아를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 도면 3의 비교예 2의 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 얻었다.
평가
비교예 1의 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름 및 실시예 1 내지 6 의 Urea 첨가에 따른 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 유연성 측정 결과
구분 비교예 1
(우레아 무첨가)		 실시예 1
(우레아 1%)		 실시예 2
(우레아 2%)		 실시예 3
(우레아 3%)		 실시예 4
(우레아 4%)		 실시예 5
(우레아 5%)
R (gf.cm) 22.8 15.9 15.1 10.9 10.2 8.5
F (mN)
휨 강성 B
46.3
32.3
30.5
22.1
20.7
17.3
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1의 결과로 얻어진 각각의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름, 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 유연성 측정결과를 상기의 표 1에 나타내었다.
상기 유연성을 나타내는 휨 강성 측정은 Taber사의 150-D 모델을 사용하여 시험편의 규격은 폭 38 mm, 길이 70 mm 치수로 제작하였다. 휨 길이는 51.8 mm 이며 눈금값 R(휨 발생까지의 표면에 가해지는 힘)은 gf·cm 이고, 휨 강성 B는 시험편을 휘는데 필요한 힘으로 아래 식을 통해 구할 수 있다.
Figure 112019119804816-pat00002
= R × 2.03
상기 표 1로부터 우레아의 농도가 높아질수록 휨 강성 B가 감소함을 알 수 있으며, 이 결과로부터 우레아는 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름에 우수한 가요성을 부여하는 물질인 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 1 및 실시예 1 내지 5에 관한 무지개빛 반사 스펙트럼을 도시한 도 4로부터, 본 발명의 실시예 1 내지 5의 CNCs 및 우레아를 함유하는 가요성의 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 무지개빛의 상대적 반사 세기(Reflectance. %)가 순수 CNCs만에 의한 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 나타내는 비교예 1과 동일하거나 또는 유사한 것을 알 수 있으며, 이는 도면 2 및 3에서 볼 수 있듯이 실시예 1 내지 5에 의한 가요성을 갖는 필름도 여전히 비교예 1의 필름과 동일하거나 또는 거의 유사한 정도의 무지개빛의 반사 세기를 나타내고 있는 것을 나타낸다.
위와 같이 본 발명의 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름은 무지개빛에 의한 보안 기능 및 유연성을 가짐으로써, 보안이 필요한 화폐, 보안카드, 약품, 식품 등의 보안이 필요한 보안 산업 분야뿐만 아니라, 포장 산업, 제지 산업, 하드 코팅, 인쇄 산업 등 다양한 산업 분야에서 보안 기능 물품으로 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (15)

  1. CNCs 입자 및 NH기를 함유하는 아민 화합물을 포함하며,
    상기 NH기를 함유하는 아민 화합물이 직쇄 또는 분지쇄의 아민아마이드 화합물류(아민기 및 아마이드기를 모두 갖는 화합물), 아미노산 화합물, 퓨린류 화합물, 또는 폴리아미도아민 화합물류인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  2. 제1항에 있어서, 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물이 친수성 또는 물 가용성인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  3. 제1항에 있어서 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물이 소수성 또는 수 불용성인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  4. 제1항에 있어서, 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물이 분자량 10,000 미만의 화합물인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물이 직쇄 또는 분지쇄의 아민아마이드 화합물류(아민기 및 아마이드기를 모두 갖는 화합물)인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  7. 제6항에 있어서, 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물인 직쇄 또는 분지쇄의 아민아마이드 화합물류(아민기 및 아마이드기를 모두 갖는 화합물)가 우레아인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  8. 제1항에 있어서 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물은 CNCs 입자에 대하여 0.1 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  9. 제8항에 있어서 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물은 CNCs 입자에 대하여 1 내지 20 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  10. 제9항에 있어서, 상기 NH기를 함유하는 아민 화합물은 CNCs 입자에 대하여 1 내지 15 중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름.
  11. (1) CNCs(나노 결정 셀룰로오스) 입자를 수성 매체 중에 콜로이드 현탁액으로 형성하는 단계; (2) 상기 CNCs 입자의 콜로이드 현탁액을 1차 초음파 처리하는 단계; (3) 상기 콜로이드 현탁액에 NH기를 함유하는 아민 화합물을 부가하는 단계; (4) 상기 아민 화합물과 상기 콜로이드 현탁액을 혼합하여 혼합 현탁액을 형성하는 단계; (5) 이 형성된 혼합 현탁액을 2차 초음파 처리하는 단계; (6) 2차 초음파 처리된 혼합 현탁액을 일정의 기판상에 캐스팅하는 단계; 및 (7) 상기 기판상의 혼합 현탁액을 건조하는 단계;를 포함 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 제조방법
  12. 제11항에 있어서, CNCs 입자의 콜로이드 현탁액의 농도는 0.5 내지 6%(w/w)인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 제조방법
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 1차 초음파 처리시간이 30분 내지 90 분이고, 2차 초음파 처리시간은 1 내지 10분인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 제조방법
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 건조의 건조온도는 20 내지 70℃이고, 건조 시간은 20 내지 75시간인 것을 특징으로 하는, 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 제조방법
  15. 제1항 내지 제4항, 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름을 보안 산업, 포장 산업, 제지 산업, 하드 코팅, 인쇄 산업 중 어느 하나에 사용되는 가요성 및 무지개색을 나타내는 CNCs 키랄네마틱 필름의 용도
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