KR102539847B1 - 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, 수분 흡수율, 탄성 회복력을 가지는 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a cellulose-based porous material having excellent biodegradability, water absorption, and elastic recovery, and to a cellulose-based porous material produced 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 cellulose-based porous material and a cellulose-based porous material produced 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 cellulose-based porous material and a cellulose-based porous material produced 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.A super absorbent polymer (SAP) refers to a hydrophilic polymer having a three-dimensionally crosslinked structure, and is a functional material capable of absorbing water-soluble liquid thousands of times its own weight. However, since the main raw material of commercially used SAP is a petroleum-based polymer, various problems such as petroleum resource depletion, carbon dioxide emission, and environmental pollution due to recalcitrance appear.

이 중 천연 바이오매스 자원인 셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부한 천연 고분자로서 이를 나노 혹은 마이크로 단위로 잘게 자른 셀룰로오스 나노피브릴(cellulose nanofibrils, CNF) 등과 같은 미세섬유는 종횡비가 높고 기계적강도가 우수하므로 다공성 물질 제조에 탁월한 재료이다.Among these, cellulose, a natural biomass resource, is the most abundant natural polymer on earth, and fine fibers such as cellulose nanofibrils (CNF), which are finely chopped into nano or micro units, have a high aspect ratio and excellent mechanical strength, so porous materials are manufactured. It is an excellent material for

CNF를 기반으로 제조된 에어로겔(aerogel) 크세로겔(xerogel), 크라이오겔(cryogel) 등과 같은 다공성 물질은 부피의 대부분이 공기로 채워져 있어 밀도가 0.003 내지 0.5 g/cm3 정도로 낮고 비표면적은 높기 ‹š문에 흡습, 흡음 및 단열 소재로 사용 가능할 뿐만 아니라 의료용 스캐폴드 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.Porous materials such as airgel, xerogel, and cryogel prepared based on CNF are filled with air most of the volume, so the density is as low as 0.003 to 0.5 g/cm 3 and the specific surface area is high. Therefore, it can be used as a moisture absorption, sound absorption, and heat insulation material, and can be applied to various fields such as medical scaffolds.

CNF 기반의 다공성 물질은 주로 동결 건조를 포함한 공정을 통해 제조된다. 동결건조는 물질을 동결시킨 후 수증기의 부분압을 낮추어 얼음이 증기로 승화시킴으로써 건조하는 방법을 말한다. 동결건조는 물질의 재응집을 방지하며, 열에 민감한 물질의 손상을 최소화한다. CNF-based porous materials are mainly manufactured through processes including freeze-drying. Freeze-drying refers to a method of drying by freezing a material and sublimating the ice into vapor by lowering the partial pressure of water vapor. Freeze-drying prevents re-agglomeration of materials and minimizes damage to heat-sensitive materials.

그러나, 이는 건조 시 시간이 많이 소요되고 비용이 많이 들며 고가의 장비를 필요로 한다는 단점이 있다. 따라서, 이는 소규모 생산에 적합한 방식이며, 상업적으로 이용하기 위해 건조 시간을 단축하고 저비용으로 건조할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.However, this method has disadvantages in that drying is time-consuming, expensive, and expensive equipment is required. Therefore, this method is suitable for small-scale production, and there is a need for a method capable of shortening the drying time and drying at low cost for commercial use.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 생분해성, 수분흡수율, 탄성 회복력을 가지는 셀룰로오스계 다공성 물질을 빠른 시간 내에 저비용으로 제조하는 방법 및 이에 의해 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for producing a cellulose-based porous material having excellent biodegradability, water absorption, and elastic recovery in a short time and at low cost, and the cellulose-based porous material produced 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 problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, 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; 가교제를 상기 현탁액에 첨가하여 하이드로겔을 제조하는 단계; 상기 하이드로겔을 냉동시키는 단계; 및 냉동된 상기 하이드로겔을 15 ℃ 이상의 온도에서 36 시간 이하의 시간 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention comprises the steps of producing pulp using a biomass raw material; preparing cellulose fibers including at least one of cellulose microfibers and cellulose fibrils from the pulp; preparing a suspension containing the cellulose fibers and a solvent; preparing a hydrogel by adding a crosslinking agent to the suspension; Freezing the hydrogel; and drying the frozen hydrogel at a temperature of 15° C. or higher for 36 hours or less.

또한, 본 발명의 일 실시상태는 상기 제조 방법으로 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질을 제공한다.In addition, one embodiment of the present invention provides a cellulose-based 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 cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention can stably manufacture 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 manufacturing a cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention can manufacture a cellulose-based porous material in an eco-friendly and efficient manner.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은 저비용으로 빠른 시간 내에 하이드로겔의 건조가 가능하여, 대량의 다공성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다.In addition, the method for producing a cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention enables drying of a hydrogel at low cost and within a short time, so that a large amount of porous material can be efficiently manufactured.

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

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 extended within a range that does not deviate from the spirit and scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 5 회 반복 압축 후 회복된 정도를 나타낸 것이다.1 shows the degree of recovery after repeated compression of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 of the present invention 5 times.

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 the present specification, when a certain component is said to "include", it means that it may further include other components without 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 the present specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only a case where a member is in contact with another member, but also a case where another member exists 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; 가교제를 상기 현탁액에 첨가하여 하이드로겔을 제조하는 단계; 상기 하이드로겔을 냉동시키는 단계; 및 냉동된 상기 하이드로겔을 15 ℃ 이상의 온도에서 36 시간 이하의 시간 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention comprises the steps of producing pulp using a biomass raw material; preparing cellulose fibers including at least one of cellulose microfibers and cellulose fibrils from the pulp; preparing a suspension containing the cellulose fibers and a solvent; preparing a hydrogel by adding a crosslinking agent to the suspension; Freezing the hydrogel; and drying the frozen hydrogel at a temperature of 15° C. or higher for 36 hours or less.

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. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은 저비용으로 빠른 시간 내에 하이드로겔의 건조가 가능하여, 대량의 다공성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다.The method for manufacturing a cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention can stably manufacture a porous material having a three-dimensional network structure. In addition, the method for manufacturing a cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention can manufacture a cellulose-based porous material in an eco-friendly and efficient manner. In addition, the method for producing a cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention enables drying of a hydrogel at low cost and within a short time, so that a large amount of porous material can be efficiently manufactured.

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 woody biomass raw material and a non-woody biomass raw material. Specifically, the woody biomass raw material may include at least one of coniferous wood chips and hardwood wood chips, but the type of the woody biomass raw material is not limited. In addition, the non-woody biomass raw material may include at least one of kenaf, hemp, rice, bagasse, bamboo, seaweed, corn cob, corn core, rice straw, rice hull, wheat straw, and sugarcane cob. However, the type of the non-woody biomass raw material is not limited. By using the aforementioned kind of biomass raw material, it is possible to manufacture the cellulose-based porous material, which has high biodegradability and is an environmentally friendly material.

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, 탄성 회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, preparing 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 produced from the biomass raw material. Specifically, pulp may be formed by reacting a biomass raw material with a mixed solvent of a glycol ether solvent and an acid. When pulp is formed by reacting a biomass raw material with a mixed solvent of a glycol ether-based solvent and an acid, physical properties such as moisture absorption, moisture retention, and elastic resilience of the 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 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 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 volume ratio of the glycol ether-based solvent and the acid in the mixed solvent may be 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 contained in the mixed solvent is within the above range, pulp can be effectively produced from the biomass raw material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 형성하는 단계는, 상기 바이오매스 원료 1 Kg에 대하여, 상기 혼합 용제를 1 L 내지 3 L의 혼합비로 반응시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오매스 원료 1 Kg에 대한, 상기 혼합 용제의 혼합비는 1.5 L 내지 2.5 L, 또는 2 L일 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 step of forming the pulp, the mixed solvent may be reacted at a mixing ratio of 1 L to 3 L with respect to 1 Kg of the biomass raw material. Specifically, the mixing ratio of the mixed solvent with respect to 1 Kg of the biomass raw material may be 1.5 L to 2.5 L, or 2 L. By adjusting the mixing ratio of the biomass raw material and the mixed solvent within the above-described range, the yield of the produced pulp can be improved.

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 forming of the pulp may be performed at a temperature of 100 °C or more and 150 °C or less. Specifically, the temperature in the step of forming the pulp may be 110 °C or more and 140 °C or less, or 120 °C or more and 130 °C or less. By adjusting the temperature at which the step of forming the pulp is performed within the above range, the pulp may 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 forming of the pulp may be performed for 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 can be stably formed and the yield of the pulp can be improved.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 펄프를 제조하는 단계는, 화학 펄프화법, 기계 펄프화법 또는 화학-기계 펄프화법을 통해, 상기 바이오매스 원료로부터 펄프를 제조할 수 있다. 또한, 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 step of preparing the pulp, pulp may be prepared from the biomass raw material through a chemical pulping method, a mechanical pulping method, or a chemical-mechanical pulping method. In addition, in the step of preparing the pulp, kraft pulp, sulfite pulp, seaweed pulp, and the like may be manufactured using the biomass raw material. In addition, the prepared pulp may be used after being bleached or used without being bleached.

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, the prepared pulp may be washed. Specifically, impurities contained in the pulp may be removed using distilled water. Through this, it is possible to effectively prevent deterioration of physical properties of the manufactured cellulose-based 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 preparing of the cellulose fibers may include preparing a pulp slurry by mixing the pulp with a basic solution; and introducing the pulp slurry into a mixer and kneading to prepare the cellulose microfibers. That is, by performing the above process, cellulose microfibers can be produced 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.

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, cellulose microfibers may be effectively formed 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. Cellulose microfibers can be effectively formed from the pulp slurry by adjusting the pH of the pulp slurry to the above range. In addition, when the pH of the pulp slurry is within the above-described range, swelling of the fibers included in the pulp slurry is promoted, and finer cellulose microfibers can be effectively manufactured through a kneading process 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, with respect to 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 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-described range, friction and dispersion between fibers are efficiently performed during a kneading process using a mixer, so that micronized cellulose microfibers can be easily manufactured. On the other hand, if the content of the pulp included in the pulp slurry is too small, friction efficiency between fibers is lowered, making it impossible to easily manufacture micronized cellulose microfibers. In addition, when the content of the pulp included in the pulp slurry is too large, the pulp slurry has a high viscosity and is not smoothly kneaded.

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 one embodiment of the present invention, the kneading may be performed at a rotational 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 rotational speed at which the kneading step is performed within the above-mentioned range, the manufactured cellulose microfibers can be formed more stably. The rotational speed may mean the rotational 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 may be performed at a temperature of 20 °C or more and 35 °C or less. By controlling the temperature in the kneading step within the above range, it is possible to suppress deformation and damage of the cellulose microfibers to be manufactured.

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 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성 회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, in the method for manufacturing cellulose microfibers, physical properties of the cellulose microfibers may be controlled by adjusting the kneading time. Specifically, the kneading may be performed for 1 hour or more and 3 hours or less. Through this, it is possible to effectively improve physical properties such as water absorption, water retention, and elastic recovery of the cellulose-based porous material produced.

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 into which the pulp slurry is introduced 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 shear 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 one embodiment of the present invention, the preparing of the cellulose fibers may include preparing the cellulose fibrils by homogenizing the pulp. Specifically, cellulose fibrils may be prepared by homogenizing the aforementioned organic solvent pulp. Through this, cellulose nanofibrils (CNF) or microfibrillated cellulose (MFC) can be prepared. In order to homogenize the pulp, a high-pressure homogenizer or a high-pressure emulsifier used in the art may be used. For example, when the pulp is homogenized using a high-pressure homogenizer, the size, shape, etc. You can control it.

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. 구체적으로, 제조된 상기 셀룰로오스 섬유의 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.According to an exemplary embodiment of the present invention, the lignin content of the cellulose fibers 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. Specifically, the lignin content of the prepared cellulose fibers is 0.1% by weight or more and 30% by weight or less, 1% by weight or more and 28% by weight or less, 5% by weight or more and 25% by weight or less, 10% by weight or more and 22.5% by weight or less, or 15 It may be greater than or equal to 20% by weight and less than or equal to 20% by weight. On the other hand, by removing lignin by bleaching the prepared cellulose fiber, it is possible to form a cellulose fiber having a lignin content of 0% by weight.

상기 셀룰로오스 섬유의 리그닌 함량이 전술한 범위 내인 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율, 수분 보유량, 탄성 회복력, 인장강도 등의 물성을 효과적으로 개선시킬 수 있다.When the lignin content of the cellulose fibers is within the above-mentioned range, physical properties such as water absorption, water retention, elastic recovery, and tensile strength of the cellulose-based porous material produced 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 및 탄성 회복력 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 fibers 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 fibers is within the above-described range, water absorption, water retention, and elastic resilience of the cellulose-based porous material produced 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. may 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 fibers may be 0.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less. Specifically, the content of the cellulose fibers included in the suspension is 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 parts by weight or more, based on 100 parts by weight of the suspension. It may be 7.5 parts by weight or more, 4.5 parts by weight or more and 6 parts by weight or less, 0.5 parts by weight or more and 5 parts by weight or less, or 5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less. By adjusting the content of the cellulose fibers included in the suspension to the above 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, 탄성 회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the molar ratio of the cellulose fibers and the crosslinking agent may be 1:0.1 to 1:10. Specifically, the molar ratio of the cellulose fibers 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 physical properties such as water absorption, water retention, and elastic recovery of the cellulose-based porous material produced.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 에폭시계 화합물 및 알데히드계 화합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the crosslinking agent may include any one of an epoxy-based compound and an aldehyde-based compound.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 에폭시계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 에폭시계 화합물은 에피클로로하이드린, 글리세롤 디글리시딜에테르, 글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 디글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 폴리글리세롤 폴리글리시딜 에테르, 에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 디에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 프로필렌글리콜 디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜에테르, 디프로필렌 글리콜 디글리시딜 에테르, 폴리프로필렌글리콜 디글리시딜에테르, 레소르시놀 디글리시딜 에테르, 네오펜틸 글리콜 디글리시딜 에테르, 1,6-헥산디올 디글리시딜 에테르, 수소화 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 폴리부타디엔 디글리시딜 에테르, 트리메틸올프로판 폴리글리시딜 에테르, 소르비톨 폴리글리시딜 에테르 또는 펜타에리트리톨 폴리글리시딜 에테르 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 에폭시계 화합물은 분자 구조 내에 글리시딜기를 적어도 2 이상 포함할 수 있다. 상기 가교제로서 에폭시계 화합물을 사용함으로써, 상기 셀룰로오스 섬유 간의 가교를 효과적으로 형성할 수 있다. 또한, 가교제로서 에폭시계 화합물을 사용하는 경우, 제조되는 셀룰로오스계 다공성 물질은 수분 침지 시에도 물속에서 해리되지 않고 그 형태를 안정적으로 유지할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the crosslinking agent may include an epoxy-based compound. Specifically, the epoxy-based compound is epichlorohydrin, glycerol diglycidyl ether, glycerol polyglycidyl ether, diglycerol polyglycidyl ether, polyglycerol polyglycidyl ether, ethylene glycol diglycidyl ether , diethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, dipropylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, resorcinol diglycidyl Cydyl ether, neopentyl glycol diglycidyl ether, 1,6-hexanediol diglycidyl ether, hydrogenated bisphenol A diglycidyl ether, polybutadiene diglycidyl ether, trimethylolpropane polyglycidyl ether , sorbitol polyglycidyl ether or pentaerythritol polyglycidyl ether. More specifically, the epoxy-based compound may include at least two or more glycidyl groups in a molecular structure. By using an epoxy-based compound as the crosslinking agent, crosslinking between the cellulose fibers can be effectively formed. In addition, when an epoxy-based compound is used as a crosslinking agent, the prepared cellulose-based porous material does not dissociate in water even when immersed in water and can stably maintain its shape.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가교제는 알데히드계 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 알데히드계 화합물은 글루타알데히드, 포름알데히드, 디알데히드전분, 숙신산알데히드, 아크릴알데히드, 옥살알데히드, 2-메틸아크릴알데히드, 2-옥소프로판알, 덱스트린 알데히드, 그리옥살, 숙신알데히드 및 아디프알데히드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 가교제로서 알데히드계 화합물을 사용함으로써, 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, 탄성 회복력 등의 물성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the crosslinking agent may include an aldehyde-based compound. Specifically, the aldehyde-based compound is glutaraldehyde, formaldehyde, dialdehyde starch, succinic aldehyde, acrylaldehyde, oxalaldehyde, 2-methylacrylaldehyde, 2-oxopropanal, dextrin aldehyde, greeoxal, succinic aldehyde and at least one of diphaldehyde. By using an aldehyde-based compound as the crosslinking agent, 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 physical properties such as water absorption, water retention, and elastic recovery of the cellulose-based porous material produced.

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. A crosslinking reaction between the cellulose fibers may be promoted by adding the basic catalyst to a suspension containing the cellulose fibers and the crosslinking agent. In addition, by using the basic catalyst, there is an advantage in that the time of the crosslinking reaction can be shortened and 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 one embodiment of the present invention, the molar ratio of the cellulose fibers and the basic catalyst may be 1:0.1 to 1:3. Specifically, the molar ratio of the cellulose fibers and 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 amount of the basic catalyst included in the suspension is within the above range, the crosslinking reaction between the cellulose fibers is effectively promoted, thereby reducing the manufacturing process time of the cellulose-based porous material 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 ° C. or more and 100 ° C. or less for a time of 5 minutes or more and 180 minutes or less. Specifically, the step of preparing the hydrogel is 25 ° C or more and 85 ° C or less, 30 ° C or more and 70 ° C or less, 35 ° C or more and 55 ° C or less, 40 ° C or more and 100 ° C or less, 50 ° C or more and 90 ° C or less, or 60 ° C or more It may be performed at a temperature of 80 °C or less. In addition, the step of preparing the hydrogel may be performed for 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 adjusting the temperature and time for preparing the hydrogel within the above range, the hydrogel can be stably prepared from the suspension.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 냉동시키는 단계는, 냉동기 또는 액화 질소를 이용하여 상기 하이드로겔을 얼음-주형(ice-templating)시키는 것일 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동시킴으로써 내부에 공극(pore)을 형성할 수 있고, 이후에 냉동된 상기 하이드로겔을 건조시키는 단계를 통해 상기 용제를 제거함으로써, 다공성 물질을 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the step of freezing the hydrogel may be ice-templating the hydrogel using a freezer or liquid nitrogen. Porous materials may be prepared by freezing the hydrogel to form pores therein, and then removing the solvent through drying the frozen hydrogel.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 냉동시키는 단계는 -50 ℃ 이상 -5 ℃ 이하의 온도에서 1 시간 이상 12 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 하이드로겔을 냉동시키는 단계는 -50 ℃ 이상 -5 ℃ 이하, -40 ℃ 이상 -10 ℃ 이하 또는 -30 ℃ 이상 -20 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 하이드로겔을 냉동시키는 단계는 1 시간 이상 12 시간 이하, 1 시간 이상 10 시간 이하, 1 시간 이상 8 시간 이하, 1 시간 이상 6 시간 이하, 1 시간 이상 4 시간 이하, 1 시간 이상 3 시간 이하, 3 시간 이상 10 시간 이하, 3시간 이상 8시간 이하 또는 3 시간 이상 6 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 하이드로겔을 냉동시키는 온도 및 시간 범위를 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 효과적으로 얼릴 수 있고, 이를 통해 상기 하이드로겔 내에 공극(pore)을 효율적으로 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질을 제조하는 시간 및 비용을 보다 저감할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the step of freezing the hydrogel may be performed at a temperature of -50 ° C or more and -5 ° C or less for a time of 1 hour or more and 12 hours or less. Specifically, the step of freezing the hydrogel may be performed at a temperature of -50 °C or more -5 °C or less, -40 °C or more -10 °C or less, or -30 °C or more -20 °C or less. In addition, the step of freezing the hydrogel is 1 hour or more and 12 hours or less, 1 hour or more and 10 hours or less, 1 hour or more and 8 hours or less, 1 hour or more and 6 hours or less, 1 hour or more and 4 hours or less, 1 hour or more and 3 hours or more. Hereinafter, it may be performed for a time of 3 hours or more and 10 hours or less, 3 hours or more and 8 hours or less, or 3 hours or more and 6 hours or less. By adjusting the range of temperature and time for freezing the hydrogel to the above range, the solvent contained in the hydrogel can be effectively frozen, and through this, pores can be efficiently formed in the hydrogel. In addition, the time and cost of manufacturing the cellulose-based porous material can be further reduced.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 냉동된 하이드로겔을 건조시키는 단계는 15 ℃ 이상의 온도에서 36 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 냉동된 상기 하이드로겔을 건조시키는 온도 및 시간을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔에 함유된 상기 용제를 효과적으로 제거할 수 있어 건조 효율이 향상되며, 고가의 장비를 필요로 하지 않아 저비용으로 연속적인 대량 건조를 수행할 수 있다. 이를 통해, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 대량 생산이 가능하고, 제조 비용을 효과적으로 저감할 수 있어, 다양한 분야에 적용하기 용이할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the step of drying the frozen hydrogel may be performed at a temperature of 15 ° C or higher for a time of 36 hours or less. By adjusting the temperature and time for drying the frozen hydrogel within the above-mentioned range, the solvent contained in the hydrogel can be effectively removed, thereby improving drying efficiency, and does not require expensive equipment, so that it can be continuously operated at low cost. Mass drying can be performed. Through this, mass production of the cellulose-based porous material is possible, manufacturing cost can be effectively reduced, and it can be easily applied to various fields.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 냉동된 상기 하이드로겔을 건조시키는 단계는 열풍 건조, 감압 건조 또는 자연 건조의 방법으로 수행되는 것일 수 있다. 상기 열풍 건조, 감압 건조 또는 자연 건조의 방법으로 건조함으로써, 최종적으로 생성되는 셀룰로오스계 다공성 물질이 건조 후에도 재응집 되지 않으므로 치수안정성이 우수할 수 있으며, 우수한 수분 흡수성 및 탄성 회복력을 가질 수 있다. 또한, 동결 건조 방법에 비해 건조 시간을 단축할 수 있으며, 고가의 동결 건조 장비를 필요로 하지 않으므로 저비용으로 효율적인 대량 생산이 가능할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, drying the frozen hydrogel may be performed by hot air drying, reduced pressure drying, or natural drying. By drying by the method of hot air drying, reduced pressure drying, or natural drying, the finally produced cellulose-based porous material does not re-aggregate after drying, so it may have excellent dimensional stability, excellent moisture absorption and elastic recovery. In addition, the drying time can be shortened compared to the freeze-drying method, and since expensive freeze-drying equipment is not required, efficient mass production at low cost may be possible.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 건조시키는 단계는, 상압(1±0.2 atm)의 조건에서 50 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도로 1 시간 이상 12 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 즉, 열풍 건조를 통해 상기 하이드로겔을 건조시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the drying of the hydrogel may be performed at a temperature of 50 ° C. or more and 200 ° C. or less for 1 hour or more and 12 hours or less under conditions of normal pressure (1 ± 0.2 atm). . That is, the hydrogel may be dried through hot air drying.

구체적으로, 상기 열풍 건조는 50 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 60 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 100 ℃ 이상 200 ℃ 이하, 또는 105 ℃ 이상 200 ℃ 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 열풍 건조는 1 시간 이상 12 시간 이하, 1 시간 이상 10 시간 이하, 1 시간 이상 6 시간 이하, 1 시간 이상 3 시간 이하, 또는 3 시간 이상 6 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 열풍 건조의 온도 및 시간 범위가 전술한 범위 내인 경우, 상기 하이드로겔에 열에 의한 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있고, 셀룰로오스계 다공성의 물질의 다공 구조가 보다 용이하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 열풍 건조가 수행되는 온도 및 시간을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔 내에 얼어 있는 상기 용제를 빠르고 효과적으로 제거할 수 있고, 이를 통해 셀룰로오스계 다공성 물질의 다공 구조를 안정적으로 형성시킬 수 있다. 또한, 오랜 건조 시간이 필요한 동결 건조 방식 대비, 저비용으로 빠른 시간 내에 하이드로겔의 건조가 가능하여, 대량의 다공성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다.Specifically, the hot air drying may be performed at a temperature of 50 °C or more and 200 °C or less, 60 °C or more and 200 °C or less, 100 °C or more and 200 °C or less, or 105 °C or more and 200 °C or less. In addition, the hot air drying may be performed for 1 hour or more and 12 hours or less, 1 hour or more and 10 hours or less, 1 hour or more and 6 hours or less, 1 hour or more and 3 hours or less, or 3 hours or more and 6 hours or less. When the temperature and time ranges of the hot air drying are within the above-described ranges, heat-induced damage to the hydrogel can be prevented, and a porous structure of a cellulose-based porous material can be more easily formed. In addition, by adjusting the temperature and time at which the hot air drying is performed within the above range, the solvent frozen in the hydrogel can be quickly and effectively removed, thereby stably forming the porous structure of the cellulose-based porous material. there is. In addition, compared to the freeze-drying method, which requires a long drying time, the hydrogel can be dried quickly and at a low cost, so that a large amount of porous material can be efficiently produced.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 건조시키는 단계는, 1 mTorr 이상 50 mTorr 이하의 압력 및 15 ℃ 이상 100 ℃ 이하의 온도에서 3시간 이상 24시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 즉, 상온 감압 건조 또는 고온 감압 건조를 통해 상기 하이드로겔을 건조시킬 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the drying of the hydrogel may be performed at a pressure of 1 mTorr or more and 50 mTorr or less and a temperature of 15 ° C. or more and 100 ° C. or less for 3 hours or more and 24 hours or less. That is, the hydrogel may be dried by drying under reduced pressure at room temperature or drying under reduced pressure at high temperature.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 감압 건조가 수행되는 압력은 1 mTorr 이상 50 mTorr 이하, 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. 감압 건조가 수행되는 압력을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔 내에 얼어 있는 용제는 낮은 온도에서도 승화가 가능하므로, 상기 하이드로겔 내에 얼어 있는 상기 용제를 빠르고 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 동결된 하이드로겔 내의 얼음결정이 기체상태의 증기로 승화된 자리에 공극(pore)이 형성되어 셀룰로오스계 다공성의 물질의 다공 구조를 효과적으로 얻을 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the pressure at which the reduced pressure drying is performed is 1 mTorr or more and 50 mTorr or less, 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 30 mTorr or less. may be less than mTorr. By adjusting the pressure at which the reduced pressure drying is performed within the above range, the solvent frozen in the hydrogel can be sublimated even at a low temperature, so that the solvent frozen in the hydrogel can be quickly and effectively removed. In addition, pores are formed where ice crystals in the frozen hydrogel are sublimated into gaseous vapor, so that a porous structure of a cellulose-based porous material can be effectively obtained.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 상온 감압 건조하는 경우, 상기 감압 건조가 수행되는 온도는 15 ℃ 이상 30 ℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 상온 감압 건조는 3 시간 이상 24 시간 이하, 3 시간 이상 12 시간 이하, 4 시간 이상 12 시간 이하, 5 시간 이상 12 시간 이하, 6 시간 이상 12 시간 이하, 6 시간 이상 18 시간 이하, 8 시간 이상 16 시간 이하, 10시간 이상 14시간 이하, 12시간 이상 24시간 이하, 12시간 이상 22시간 이하, 12시간 이상 20시간 이하 또는 12시간 이상 18시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 감압 건조가 수행되는 온도 및 압력을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔 내에 얼어 있는 상기 용제를 효과적으로 제거할 수 있다. 이를 통해, 고가의 장비를 필요로 하는 동결 건조 방식 대비, 저비용으로 셀룰로오스계 다공성 물질의 다공 구조를 형성시킬 수 있으며, 열에 민감한 물질의 손상을 최소화할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, when the hydrogel is dried under reduced pressure at room temperature, the temperature at which the reduced-pressure drying is performed may be 15° C. or more and 30° C. or less. In addition, the normal temperature and reduced pressure drying is 3 hours or more and 24 hours or less, 3 hours or more and 12 hours or less, 4 hours or more and 12 hours or less, 5 hours or more and 12 hours or less, 6 hours or more and 12 hours or less, 6 hours or more and 18 hours or less, 8 More than 16 hours, more than 10 hours and less than 14 hours, more than 12 hours and less than 24 hours, more than 12 hours and less than 22 hours, more than 12 hours and less than 20 hours, or more than 12 hours and less than 18 hours. The solvent frozen in the hydrogel can be effectively removed by adjusting the temperature and pressure at which the reduced pressure drying is performed within the above range. Through this, a porous structure of a cellulose-based porous material can be formed at a low cost compared to a freeze-drying method requiring expensive equipment, and damage to heat-sensitive materials can be minimized.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 고온 감압 건조하는 경우, 상기 감압 건조가 수행되는 온도는 30 ℃ 초과 100 ℃ 이하일 수 있다. 구체적으로, 45 ℃ 이상, 40 ℃ 이상, 45 ℃ 이상, 50 ℃ 이상, 55 ℃ 이상 또는 60 ℃ 이상일 수 있으며, 100 ℃ 이하, 95 ℃ 이하, 90 ℃ 이하, 85 ℃ 이하 또는 80 ℃ 이하일 수 있다. 또한, 상기 고온 감압 건조는 3 시간 이상 24 시간 이하, 3 시간 이상 12 시간 이하, 4 시간 이상 12 시간 이하, 5 시간 이상 12 시간 이하, 6 시간 이상 12 시간 이하, 6 시간 이상 18 시간 이하, 8 시간 이상 16 시간 이하, 10 시간 이상 14 시간 이하, 12 시간 이상 24 시간 이하, 12 시간 이상 22 시간 이하, 12 시간 이상 20 시간 이하 또는 12 시간 이상 18 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 감압 건조의 온도, 압력 및 시간 범위 이내인 경우, 상기 하이드로겔에 열에 의한 손상을 방지할 수 있고, 셀룰로오스계 다공성의 물질의 다공 구조 형성이 용이할 수 있다. 상기 감압 건조가 수행되는 온도, 압력 및 시간을 전술한 범위로 조절함으로써, 상기 하이드로겔 내에 얼어 있는 상기 용제를 빠르고 효과적으로 제거할 수 있고, 이를 통해 셀룰로오스계 다공성 물질의 다공 구조를 안정적으로 형성시킬 수 있다. 또한, 오랜 건조 시간이 필요한 동결 건조 방식 대비, 저비용으로 빠른 시간 내에 하이드로겔의 건조가 가능하여, 대량의 다공성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, when the hydrogel is dried under high temperature and reduced pressure, the temperature at which the reduced pressure drying is performed may be greater than 30 °C and less than 100 °C. Specifically, it may be 45 ° C or higher, 40 ° C or higher, 45 ° C or higher, 50 ° C or higher, 55 ° C or higher or 60 ° C or higher, and may be 100 ° C or lower, 95 ° C or lower, 90 ° C or lower, 85 ° C or lower or 80 ° C or lower. . In addition, the high-temperature reduced pressure drying is 3 hours or more and 24 hours or less, 3 hours or more and 12 hours or less, 4 hours or more and 12 hours or less, 5 hours or more and 12 hours or less, 6 hours or more and 12 hours or less, 6 hours or more and 18 hours or less, 8 more than 16 hours, more than 10 hours and less than 14 hours, more than 12 hours and less than 24 hours, more than 12 hours and less than 22 hours, more than 12 hours and less than 20 hours, or more than 12 hours and less than 18 hours. When the temperature, pressure, and time of the reduced pressure drying are within the range, heat-induced damage to the hydrogel can be prevented, and the formation of a porous structure of a cellulose-based porous material can be facilitated. By adjusting the temperature, pressure and time at which the reduced pressure drying is performed within the above range, the solvent frozen in the hydrogel can be quickly and effectively removed, and through this, a porous structure of a cellulose-based porous material can be stably formed. there is. In addition, compared to the freeze-drying method, which requires a long drying time, the hydrogel can be dried quickly and at a low cost, so that a large amount of porous material can be efficiently produced.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 하이드로겔을 건조시키는 단계는 상온 및 상압(23±5 ℃, 1±0.2 atm)의 조건에서 24 시간 이상 36 시간 이하의 시간 동안 수행될 수 있다. 즉, 자연 건조를 통해 상기 하이드로겔을 건조시킬 수 있다. 상기 자연 건조의 온도, 압력 및 시간 범위 이내인 경우, 건조 효율이 증가되어 대량 생산이 가능할 수 있고, 셀룰로오스계 다공성의 물질의 다공 구조 형성이 용이할 수 있다. 냉동된 상기 하이드로겔을 전술한 범위의 시간 동안 자연 건조함으로써, 셀룰로오스계 다공성 물질의 다공 구조를 안정적으로 형성시킬 수 있다. 또한, 오랜 건조 시간이 필요한 동결 건조 방식 대비, 단축된 건조 시간을 가짐으로써 건조 효율이 향상되며, 열에 민감한 물질의 손상을 최소화할 수 있다. 또한 고가의 장비를 필요로 하지 않아 저비용으로 빠른 시간 내에 하이드로겔의 건조가 가능하여, 대량의 다공성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다. 한편, 상기 셀룰로오스 섬유를 제조하는 단계에서 제조되는 펄프 슬러리에 함유된 고형분 함량에 따라, 상기 상온 및 상압 조건에서 건조하는 시간이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 상온 및 상압 조건에서 건조시키는 단계는 48 시간 이하, 또는 48 시간 미만의 시간 동안 진행될 수 있다. 상기 자연 건조의 온도, 압력 및 시간 범위 이내인 경우, 셀룰로오스계 다공성 물질의 다공 구조를 안정적으로 형성시킬 수 있고, 고가의 장비를 필요로 하지 않아 저비용으로 하이드로겔의 건조가 가능하여, 동결 건조 방식 대비 대량의 다공성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the drying of the hydrogel may be performed for 24 hours or more and 36 hours or less under conditions of room temperature and pressure (23±5° C., 1±0.2 atm). That is, the hydrogel may be dried through natural drying. When the temperature, pressure, and time range of the natural drying are within the range, the drying efficiency may be increased, mass production may be possible, and the formation of a porous structure of a cellulose-based porous material may be facilitated. By naturally drying the frozen hydrogel for a time within the above-mentioned range, it is possible to stably form a porous structure of a cellulose-based porous material. In addition, compared to the freeze-drying method, which requires a long drying time, the drying efficiency is improved by having a shorter drying time, and damage to heat-sensitive materials can be minimized. In addition, since it does not require expensive equipment, it is possible to dry the hydrogel in a short time at low cost, so that a large amount of porous material can be efficiently manufactured. On the other hand, depending on the solid content contained in the pulp slurry prepared in the step of preparing the cellulose fibers, the drying time at room temperature and normal pressure conditions can be adjusted. For example, the drying at room temperature and pressure conditions may be performed for 48 hours or less, or less than 48 hours. When within the range of temperature, pressure and time of the natural drying, it is possible to stably form the porous structure of the cellulose-based porous material, and it is possible to dry the hydrogel at low cost without the need for expensive equipment, freeze drying method In contrast, a large amount of porous material can be efficiently produced.

본 발명의 일 실시상태는 상기 제조 방법으로 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질을 제공한다.An exemplary embodiment of the present invention provides a cellulose-based 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 cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention may have excellent biodegradability, water absorption rate, elasticity, and resilience.

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 cellulose-based porous material may be formed in the form of airgel, xerogel, or cryogel.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 건조 전 밀도는 1.0 g/cm3 이상일 수 있고, 건조 후 밀도는 0.05 g/cm3 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 건조 전 밀도는 1.00 g/cm3 이상, 1.01 g/cm3 이상, 1.02 g/cm3 이상 또는 1.03 g/cm3 이상일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 건조 후 밀도는 0.05 g/cm3 이상, 0.06 g/cm3 이상 또는 0.07 g/cm3 이상일 수 있다. 전술한 범위의 밀도를 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 기계적 강도가 우수하며, 높은 수분 흡수성 및 탄성 회복력을 지닐 수 있으며, 15 ℃ 이상 온도 조건에서의 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조에 적합할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the density of the cellulose-based porous material before drying may be 1.0 g/cm 3 or more, and the density after drying may be 0.05 g/cm 3 or more. Specifically, the density of the cellulose-based porous material before drying may be 1.00 g/cm 3 or more, 1.01 g/cm 3 or more, 1.02 g/cm 3 or more, or 1.03 g/cm 3 or more. In addition, the density of the cellulose-based porous material after drying may be 0.05 g/cm 3 or more, 0.06 g/cm 3 or more, or 0.07 g/cm 3 or more. The cellulose-based porous material satisfying the above-described density range has excellent mechanical strength, high water absorption and elastic recovery, and may be suitable for manufacturing the cellulose-based porous material under a temperature condition of 15 ° C. or higher.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 건조 전 밀도는 1.5 g/cm3 이하일 수 있고, 건조 후 밀도는 1.0 g/cm3 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 건조 전 밀도는 1.4 g/cm3 이하, 1.3 g/cm3 이하, 1.2 g/cm3 이하, 1.1 g/cm3 이하, 1.09 g/cm3 이하 또는 1.08 g/cm3 이하일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 건조 후 밀도는 1.0 g/cm3 이하, 0.95 g/cm3 이하 또는 0.90 g/cm3 이하 일 수 있다. 전술한 범위의 밀도를 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 건조 후에도 재응집 되지 않으므로 치수 안정성이 우수하며, 높은 수분 흡수성 및 탄성 회복력을 지닐 수 있다. 또한, 낮은 밀도에 비해 비표면적이 높은 3차원의 네트워크 공극 구조를 형성할 수 있으며, 부피의 대부분이 공기로 채워져 있어 흡습, 흡음 및 단열 효과가 우수하므로 흡습, 흡음 및 단열 소재로 활용 가능할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the density of the cellulose-based porous material before drying may be 1.5 g/cm 3 or less, and the density after drying may be 1.0 g/cm 3 or less. Specifically, the density of the cellulose-based porous material before drying is 1.4 g/cm 3 or less, 1.3 g/cm 3 or less, 1.2 g/cm 3 or less, 1.1 g/cm 3 or less, 1.09 g/cm 3 or less, or 1.08 g /cm 3 or less. In addition, the density of the cellulose-based porous material after drying may be 1.0 g/cm 3 or less, 0.95 g/cm 3 or less, or 0.90 g/cm 3 or less. The cellulose-based porous material that satisfies the above-mentioned range of density does not re-aggregate after drying, so it has excellent dimensional stability, high water absorption and elastic recovery. In addition, it is possible to form a three-dimensional network pore structure with a high specific surface area compared to low density, and since most of the volume is filled with air, it has excellent moisture absorption, sound absorption and insulation effects, so it can be used as a moisture absorption, sound absorption and insulation material. .

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 건조 전 과 건조 후 부피변화율은 20 % 이상 35 % 이하일 수 있다. 구체적으로, 다공성 물질의 건조 전 과 건조 후 부피변화율은 22 % 이상 35 % 이하, 23 % 이상 35 % 이하, 24 % 이상 35 % 이하, 25 % 이상 35 % 이하, 25 % 이상 34 % 이하, 25 % 이상 33 % 이하, 26 % 이상 32 % 이하 또는 26 % 이상 31 % 이하일 수 있다. 전술한 범위의 부피변화율을 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 고온 건조시에도 안정적으로 3차원의 네트워크 공극 구조를 가지며 건조 후 치수안정성이 우수할 수 있고, 수분 흡수율, 수분 보유량 및 탄성 회복력 등의 물성이 우수할 수 있다. According to an exemplary embodiment of the present invention, the volume change rate of the cellulose-based porous material before drying and after drying may be 20% or more and 35% or less. Specifically, the volume change rate of the porous material before and after drying is 22% or more and 35% or less, 23% or more and 35% or less, 24% or more and 35% or less, 25% or more and 35% or less, 25% or more and 34% or less, 25 % or more and 33% or less, 26% or more and 32% or less, or 26% or more and 31% or less. The cellulose-based porous material that satisfies the volume change rate in the above range has a stable three-dimensional network pore structure even when dried at high temperature, can have excellent dimensional stability after drying, and has physical properties such as water absorption, water retention and elastic recovery this can be great

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 1,000 % 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 1,000 % 이상 6,000 % 이하, 1,100 % 이상 6,000 % 이하, 1,100 % 이상 6,000 % 이하, 1,200 % 이상 6,000 % 이하, 1,300 % 이상 6,000 % 이하, 1,400 % 이상 6,000 % 이하, 1,500 % 이상 6,000 % 이하, 2,000 % 이상 6,000 % 이하, 또는 2,500 % 이상 6,000 % 이하일 수 있다. 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 셀룰로오스계 다공성 물질 제조 시 밀도 조절에 따라 더욱 증가되는 것일 수 있으며, 전술한 범위의 수분 흡수율을 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 흡습 소재에 효과적으로 적용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the water absorption rate of the cellulose-based porous material may be 1,000% or more. Specifically, the water absorption rate of the cellulose-based porous material is 1,000% or more and 6,000% or less, 1,100% or more and 6,000% or less, 1,100% or more and 6,000% or less, 1,200% or more and 6,000% or less, 1,300% or more and 6,000% or less, 1,400% or more 6,000% or less, 1,500% or more and 6,000% or less, 2,000% or more and 6,000% or less, or 2,500% or more and 6,000% or less. The moisture absorption rate of the cellulose-based porous material may be further increased according to the density control during manufacture of the cellulose-based porous material, and the cellulose-based porous material satisfying the moisture absorption rate in the above range may be effectively applied to a moisture absorbing material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1g 당 수분 보유량은 10 g 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1g 당 수분 보유량은 10 g 이상 60 g 이하, 11 g 이상 60 g 이하, 12 g 이상 60 g 이하, 13 g 이상 60 g 이하, 14 g 이상 60 g 이하 또는 15 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 cellulose-based porous material may be 10 g or more. Specifically, the water retention per 1 g of the cellulose-based porous material is 10 g or more and 60 g or less, 11 g or more and 60 g or less, 12 g or more and 60 g or less, 13 g or more and 60 g or less, 14 g or more and 60 g or less, or 15 g It may be more than 60 g or less. The cellulose-based porous material that satisfies the water retention in the above range can be effectively applied to a moisture absorbing material.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 탄성 회복력은 80 % 이상일 수 있다. 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 탄성 회복력은 후술하는 방법을 통하여 구할 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 1 회 압축 후 탄성 회복력은 80 % 이상, 83 % 이상, 85 % 이상, 87 % 이상, 90 % 이상, 93 % 이상, 95 % 이상 또는 97 % 이상일 수 있고, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 5 회 압축 후 탄성 회복력은 80 % 이상, 82 % 이상, 84 % 이상, 86 % 이상, 80 % 이상, 83 % 이상, 85 % 이상, 86 % 이상, 88 % 이상, 90 % 이상, 91 % 이상 또는 92 % 이상일 수 있다. 전술한 범위의 탄성 회복력을 만족하는 상기 셀룰로오스계 다공성 물질은 반복 압축에 따른 탄성 회복력 및 치수안정성이 우수하여 의료용 스캐폴드 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the elastic recovery force of the cellulose-based porous material may be 80% or more. The elastic recovery force of the cellulose-based porous material can be obtained through a method described later. Specifically, the elastic recovery after one-time compression of the cellulose-based porous material may be 80% or more, 83% or more, 85% or more, 87% or more, 90% or more, 93% or more, 95% or more, or 97% or more, The elastic recovery after 5 times of compression of the cellulose-based porous material is 80% or more, 82% or more, 84% or more, 86% or more, 80% or more, 83% or more, 85% or more, 86% or more, 88% or more, 90 % or more, 91% or more, or 92% or more. The cellulose-based porous material that satisfies the elastic restoring force within the above range has excellent elastic restoring force and dimensional stability according to repeated compression, and thus can be applied to various fields such as medical scaffolds.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 0.03 N/mm2 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 0.03 N/mm2 이상, 0.04 N/mm2 이상, 0.05 N/mm2 이상, 0.06 N/mm2 이상, 0.07 N/mm2 이상, 0.08 N/mm2 이상, 0.09 N/mm2 이상 또는 0.10 N/mm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 인장강도는 0.20 N/mm2 이하, 0.18 N/mm2 이하, 0.16 N/mm2 이하, 0.14 N/mm2 이하 또는 0.12 N/mm2 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the tensile strength of the cellulose-based porous material may be 0.03 N/mm 2 or more. Specifically, the tensile strength of the cellulose-based porous material is 0.03 N/mm 2 or more, 0.04 N/mm 2 or more, 0.05 N/mm 2 or more, 0.06 N/mm 2 or more, 0.07 N/mm 2 or more, 0.08 N/ mm 2 or more, 0.09 N/mm 2 or more, or 0.10 N/mm 2 or more. In addition, the tensile strength of the cellulose-based porous material may be 0.20 N/mm 2 or less, 0.18 N/mm 2 or less, 0.16 N/mm 2 or less, 0.14 N/mm 2 or less, or 0.12 N/mm 2 or less.

본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 0.05 N/mm2 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 0.05 N/mm2 이상, 0.06 N/mm2 이상, 0.07 N/mm2 이상, 0.08 N/mm2 이상, 0.09 N/mm2 이상, 0.10 N/mm2 이상, 0.11 N/mm2 이상 또는 0.12 N/mm2 이상일 수 있다. 또한, 상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 압축강도는 0.20 N/mm2 이하, 0.18 N/mm2 이하, 0.16 N/mm2 이하 또는 0.14 N/mm2 이하일 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, the compressive strength of the cellulose-based porous material may be 0.05 N/mm 2 or more. Specifically, the compressive strength of the cellulose-based porous material is 0.05 N/mm 2 or more, 0.06 N/mm 2 or more, 0.07 N/mm 2 or more, 0.08 N/mm 2 or more, 0.09 N/mm 2 or more, 0.10 N/ mm 2 or more, 0.11 N/mm 2 or more, or 0.12 N/mm 2 or more. In addition, the compressive strength of the cellulose-based porous material may be 0.20 N/mm 2 or less, 0.18 N/mm 2 or less, 0.16 N/mm 2 or less, or 0.14 N/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 cellulose-based porous material having tensile strength and compressive strength within the aforementioned range 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 described in detail to explain the present invention in detail. However, embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments herein are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

셀룰로오스 마이크로 파이버의 제조Manufacture of Cellulose Microfibers

제조예 1Preparation Example 1

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.Coniferous wood chips were prepared. The prepared softwood wood chips had a classone lignin content of about 28.7%, and the size of the chips was 35 (±3) mm in height X 8 (±3) mm in width X 7 (±2) mm in thickness.

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, ethylene glycol monomethyl ether as a glycol ether-based solvent and sulfuric acid (95%) as an acid were prepared, and ethylene glycol monomethyl ether and sulfuric acid were mixed in a volume ratio of 97:3 to prepare a mixed solvent.

이후, 목재칩 1 Kg에 대하여 혼합 용제 2 L의 혼합비로 고압 증기 처리 장치(autoclave, HST 506-6, Hanbaek ST, Korea)에 투입하여 120 ℃에서 120 분간 반응시키고 증류수로 여과하여, 680 mL의 여수도(CSF)를 가지는 유기용매 펄프(리그닌 함량 27.4 %)를 제조하였다.Then, at a mixing ratio of 2 L of mixed solvent to 1 Kg of wood chips, it was put into a high-pressure steam treatment device (autoclave, HST 506-6, Hanbaek ST, Korea), reacted at 120 ° C for 120 minutes, filtered with distilled water, and 680 mL An organic solvent pulp (27.4% lignin content) having free water (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 with 0.25 N NaOH aqueous solution (500 mL). At this time, the content of the organic solvent pulp was 5 parts by weight (5.0% by weight) with respect to 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. Thereafter, 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 kneading was performed at a rotational 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 microfibers, followed by filtration and dehydration to elute lignin. Cellulose microfibers were finally prepared by repeating the water washing process to remove residual NaOH components.

셀룰로오스계 다공성 물질의 제조Preparation of cellulosic porous materials

실시예 1Example 1

제조예 1에서 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버를 증류수와 혼합하여, 현탁액을 제조하였다. 이때, 현탁액 100 중량부를 기준으로, 셀룰로오스 마이크로 파이버의 함량은 3 중량부이었다.A suspension was prepared by mixing the cellulose microfibers prepared in Preparation Example 1 with distilled water. At this time, based on 100 parts by weight of the suspension, the content of the cellulose microfibers was 3 parts 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. At this time, the molar ratio of the cellulose microfiber:crosslinking agent:basic catalyst was 1:1:1.

이후, 교반기를 이용하여 상기 현탁액을 약 5 분간 교반하고, 100 ℃의 항온 수조에서 5 분 동안 반응시켜, 하이드로겔을 제조하였다. 제조된 하이드로겔을 -28 ℃의 냉동고에서 3 시간 동안 동결시킨 후, 열풍건조기(JSOP-100, JS Research Inc., Korea, 온도: 105 ℃)에서 3 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 100 °C for 5 minutes to prepare a hydrogel. After freezing the prepared hydrogel in a freezer at -28 ° C. for 3 hours, it was dried in a hot air dryer (JSOP-100, JS Research Inc., Korea, temperature: 105 ° C.) for 3 hours to prepare a cellulose-based airgel. .

실시예 2Example 2

상기 실시예 1에서, 제조된 하이드로겔을 -28 ℃의 냉동고에서 3시간 동안 동결시킨 후, 감압건조기(HG-V60, HANGIL, Korea 온도: 60 ℃, 압력: 5 mTorr)에서 12 시간 동안 건조시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.In Example 1, the prepared hydrogel was frozen in a freezer at -28 ° C for 3 hours, and then dried for 12 hours in a vacuum dryer (HG-V60, HANGIL, Korea temperature: 60 ° C, pressure: 5 mTorr) Except for the above, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예 3Example 3

상기 실시예 1에서, 제조된 하이드로겔을 -28 ℃의 냉동고에서 3 시간 동안 동결시킨 후, 상압건조기(JSOP-100, JS Research Inc., Korea 온도: 60 ℃)에서 18 시간 동안 건조시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.In Example 1, except that the prepared hydrogel was frozen for 3 hours in a freezer at -28 ° C and then dried for 18 hours in an atmospheric dryer (JSOP-100, JS Research Inc., Korea temperature: 60 ° C). And, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예 4Example 4

상기 실시예 1에서, 제조된 하이드로겔을 -28 ℃의 냉동고에서 3 시간 동안 동결시킨 후, 상온에서 36 시간 동안 자연 건조시킨 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 hydrogel was frozen in a freezer at -28 ° C. for 3 hours and then naturally dried at room temperature for 36 hours. .

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서, 제조된 하이드로겔을 -28 ℃의 냉동고에서 3 시간 동안 동결시킨 후, 동결건조기(FD8508, ILSHIN, Korea, 온도: -40 ℃, 압력: 50 mTorr)에서 48 시간 동안 건조시킨 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스계 에어로겔을 제조하였다.In Example 1, the prepared hydrogel was frozen in a freezer at -28 ° C for 3 hours, and then dried for 48 hours in a lyophilizer (FD8508, ILSHIN, Korea, temperature: -40 ° C, pressure: 50 mTorr) Except for the above, a cellulose-based airgel was prepared in the same manner as in Example 1.

실험예Experimental example

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 0.2 g에 72 % 농도의 황산 5 mL를 투입하고, 1 시간 마다 교반하면서 4 시간 동안 상온에서 정치하였다. 이후, 196 mL의 증류수를 추가하여 희석한 후, Autoclave에서 120 ℃의 온도에서 2 시간 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, a 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 dried cellulose microfiber sample, and the mixture was stirred every hour for 4 hours. It was allowed to stand at room temperature. Thereafter, after dilution by adding 196 mL of distilled water, the mixture was reacted for 2 hours at a temperature of 120 °C in an autoclave. After the reaction was completed, distilled water was used to vacuum and filter through a glass filter, and the residue of the glass filter was dried in a dryer at 105 °C. Then, the residual lignin content was calculated by the following formula 1.

[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 dry weight of the sample (g), and “W” is the weight of the dried residue (g).

밀도 측정density measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 질량과 부피를 측정하고, 단위부피당 질량으로써 건조 전과 건조 후 밀도를 계산하였다.The mass and volume of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 were measured, and the density before and after drying was calculated as the mass per unit volume.

이후, 실시예 2 내지 실시예 4 및 비교예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 건조 전과 건조 후 밀도를 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.Thereafter, the densities of the cellulose-based airgel prepared in Examples 2 to 4 and Comparative Example 1 were calculated before drying and after drying, and are shown in Table 1 below.

부피변화율 측정Volume change rate measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스 마이크로 파이버의 부피변화율을 하기와 같이 측정하였다.The volume change rate of the cellulose microfibers prepared in Example 1 was measured as follows.

먼저, 셀룰로오스계 에어로겔의 건조 전 시편의 높이와 두께를 측정하였다. 이후, -28 ℃의 냉동고에서 3 시간 동안 동결시키고, 열풍건조기(온도: 105 ℃)에서 3 시간 동안 건조시켰고, 셀룰로오스계 에어로겔 시편의 건조 후 높이와 두께를 측정하였다. 이후, 하기 식 2를 통해 셀룰로오스계 에어로겔의 부피변화율을 계산하였다.First, the height and thickness of the specimen before drying the cellulose-based airgel were measured. Then, it was frozen for 3 hours in a freezer at -28 ° C, dried for 3 hours in a hot air dryer (temperature: 105 ° C), and the height and thickness of the cellulose-based airgel specimen were measured after drying. Then, the volume change rate of the cellulose-based airgel was calculated through the following formula 2.

[식 2][Equation 2]

V = (V2 - V1 / V1) X 100V = (V 2 - V 1 / V 1 ) X 100

상기 식 2에서, “V”은 부피변화율이고, “V1”은 건조 전 샘플의 부피(cm3)이고, “V2”은 건조 후 샘플의 부피(cm3)이다.In Equation 2, “V” is the volume change rate, “V 1 ” is the volume of the sample before drying (cm 3 ), and “V 2 ” is the volume of the sample after drying (cm 3 ).

이후, 실시예 2 내지 실시예 4 및 비교예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 부피변화율을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.Then, the volume change rate of the cellulose-based airgel prepared in Examples 2 to 4 and Comparative Example 1 was calculated and shown in Table 1 below.

수분 흡수율 및 수분 보유량 측정Water absorption rate and water retention measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 수분 흡수율과 수분 보유량을 하기와 같이 측정하였다.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 3를 통해 수분 흡수율을 계산하였고, 하기 식 4를 통해 수분 보유량을 계산하였다.The cellulose-based airgel was completely dried, and the dried cellulose-based airgel was immersed in distilled water for 24 hours. Thereafter, the cellulose-based airgel was taken out and dripping water was removed for 5 minutes, and then the water absorption rate was calculated through Equation 3 below, and the water retention amount was calculated through Equation 4 below.

[식 3][Equation 3]

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

[식 4][Equation 4]

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

상기 식 3에서, Wt1는 수분 흡수율이고, W는 24 시간 침지 후의 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이고, W0는 초기 건조된 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이다. 또한, 상기 식 4에서, Wt2는 수분 보유량이고, W는 24 시간 침지 후의 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이고, W0는 초기 건조된 셀룰로오스계 에어로겔의 질량이다.In Equation 3, W t1 is the water absorption rate, W is the mass of the cellulose-based airgel after immersion for 24 hours, and W 0 is the mass of the initially dried cellulose-based airgel. In Equation 4, W t2 is the amount of water retention, W is the mass of the cellulose-based airgel after being immersed for 24 hours, and W 0 is the mass of the initially dried cellulose-based airgel.

이후, 실시예 2 내지 실시예 4 및 비교예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 수분 흡수율 및 수분 보유량을 하기 표 2에 나타내었다.Then, the water absorption and water retention of the cellulose-based airgel prepared in Examples 2 to 4 and Comparative Example 1 are shown in Table 2 below.

탄성 회복력 측정Elastic resilience measurement

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 탄성 회복력을 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 50 kgf 및 1 mm/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. 상기 셀룰로오스계 에어로겔의 압축 전 두께에 대한 실험을 완료한 후의 셀룰로오스계 에어로겔의 두께 비를 통해 탄성회복력을 구하였다.First, the thickness of the cellulose-based airgel before compression was measured. Thereafter, the cellulose-based airgel was compressed at a strain rate of 95% under compression conditions of 50 kgf and 1 mm/min using a universal tensile strength tester, and after immersing the compressed cellulose-based airgel in distilled water for 24 hours, the cellulose-based airgel After removing the water that fell for 5 minutes, the thickness of the cellulose-based airgel was measured. After completing the experiment on the thickness of the cellulose-based airgel before compression, the elastic recovery force was obtained through the thickness ratio of the cellulose-based airgel.

[식 5][Equation 5]

E = Tn/T0 X 100E = T n /T 0 X 100

상기 식 5에서, E는 탄성회복력, Tn은 n회차 실험을 완료한 후의 셀룰로오스계 에어로겔의 두께, T0는 최초 실험 전(압축 전)의 셀룰로오스계 에어로겔의 두께이다.In Equation 5, E is the elastic recovery force, T n is the thickness of the cellulose-based airgel after completing the nth experiment, and T 0 is the thickness of the cellulose-based airgel before the first experiment (before compression).

이후, 에어로겔 시료에 대하여 동일한 조건으로 추가적인 압축을 4 회 반복 수행하여, 각 회차의 실험 완료 후에 셀룰로오스계 에어로겔의 두께를 측정하여 각 회차에 대한 탄성 회복력을 계산하였다.Thereafter, additional compression was repeatedly performed on the airgel sample 4 times under the same conditions, and the elastic recovery force for each round was calculated by measuring the thickness of the cellulose-based airgel after the completion of each round of the experiment.

이후, 실시예 2 내지 실시예 4 및 비교예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 각 시료에 대하여 동일한 조건으로 압축을 5 회 반복하여 측정한 탄성회복력을 하기 표 3에 나타내었다.Then, the elastic recovery force measured by repeating compression 5 times under the same conditions for each sample of the cellulose-based airgel prepared in Examples 2 to 4 and Comparative Example 1 is shown in Table 3 below.

실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔 시료에 대하여 동일한 조건으로 압축을 5회 반복하여 회복된 정도를 도 1에 나타내었다. The degree of recovery by repeating compression five times under the same conditions for the cellulose-based airgel sample prepared in Example 1 is shown in FIG. 1 .

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔의 5 회 반복 압축 후 회복된 정도를 나타낸 것이다.1 shows the degree of recovery after repeated compression of the cellulose-based airgel prepared in Example 1 of the present invention 5 times.

도 1을 참고하면, 실시예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔은 동결건조 대비 단축된 건조 시간을 가지면서도, 건조 후 시료의 치수안정성이 우수하며, 탄성 회복력이 우수한 것을 확인하였다.Referring to FIG. 1, it was confirmed that the cellulose-based airgel prepared in Example 1 had excellent dimensional stability and excellent elastic recovery after drying, while having a shorter drying time compared to lyophilization.

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, the cellulose-based airgel was manufactured 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 to 2 mm/min.

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

건조 전 밀도(g/cm3)Density before drying (g/cm 3 ) 건조 후 밀도(g/cm3)Density after drying (g/cm 3 ) 부피변화율(%)Volume change rate (%) 실시예 1Example 1 1.0401.040 0.0800.080 29.329.3 실시예 2Example 2 1.0311.031 0.0860.086 30.330.3 실시예 3Example 3 1.0331.033 0.0760.076 27.727.7 실시예 4Example 4 1.0341.034 0.0740.074 26.826.8 비교예 1Comparative Example 1 1.0331.033 0.0700.070 22.622.6

수분 흡수율(%)Water absorption rate (%) 수분 보유량(g)Moisture retention (g) 실시예 1Example 1 1425.91425.9 14.314.3 실시예 2Example 2 1328.41328.4 13.313.3 실시예 3Example 3 1388.31388.3 13.913.9 실시예 4Example 4 1455.81455.8 14.614.6 비교예 1Comparative Example 1 1487.71487.7 14.914.9

탄성 회복력(%)Elastic recovery (%) 1 회 압축1 compression 2 회 압축2 compresses 3 회 압축3 compressions 4 회 압축4 compressions 5 회 압축5 compresses 실시예 1Example 1 94.094.0 93.093.0 91.491.4 91.791.7 92.292.2 실시예 2Example 2 97.897.8 95.995.9 95.295.2 94.794.7 91.891.8 실시예 3Example 3 97.097.0 93.593.5 93.393.3 93.193.1 91.791.7 실시예 4Example 4 95.795.7 95.195.1 93.193.1 92.392.3 90.990.9 비교예 1Comparative Example 1 98.098.0 96.496.4 94.894.8 93.793.7 92.292.2

인장강도(N/mm2)Tensile strength (N/mm 2 ) 압축강도(N/mm2)Compressive strength (N/mm 2 ) 실시예 1Example 1 0.1040.104 0.1280.128 실시예 2Example 2 0.097 0.097 0.1270.127 실시예 3Example 3 0.060.06 0.1150.115 실시예 4Example 4 0.1050.105 0.1160.116 비교예 1Comparative Example 1 0.020.02 0.180.18

상기 표 1 내지 표 4를 참고하면, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔은 수분 흡수율, 수분 보유량, 치수안정성, 탄성 회복력, 인장강도 및 압축강도가 우수한 것을 확인하였다.Referring to Tables 1 to 4, it was confirmed that the cellulose-based airgel prepared in Examples 1 to 4 of the present invention had excellent water absorption, water retention, dimensional stability, elastic recovery, tensile strength and compressive strength.

한편, 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔은 비교예 1에서 제조된 셀룰로오스계 에어로겔과 수분 흡수율, 수분 보유량, 치수안정성, 탄성 회복력, 인장강도 및 압축강도가 유사한 수치를 나타내는 것을 확인하였다.On the other hand, the cellulose-based airgel prepared in Examples 1 to 4 showed similar values in water absorption, water retention, dimensional stability, elastic recovery, tensile strength and compressive strength to the cellulose-based airgel prepared in Comparative Example 1. did

즉, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은, 동결건조 대비 단축된 건조 시간 및 완화된 건조 조건을 가지면서도, 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질이 높은 생분해성을 가지고 수분 흡수율, 수분 보유량, 치수안정성, 탄성 회복력, 인장강도 및 압축강도 등의 물성이 우수한 것을 알 수 있다. That is, in the method for producing a cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention, the prepared cellulose-based porous material has high biodegradability and a water absorption rate, while having a reduced drying time and relaxed drying conditions compared to freeze drying. It can be seen that the physical properties such as water retention, dimensional stability, elastic recovery, tensile strength and compressive strength are excellent.

따라서, 본 발명의 일 실시상태에 따른 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법은 저비용으로 빠른 시간 내에 하이드로겔의 건조가 가능하여, 대량의 다공성 물질을 효율적으로 제조할 수 있다Therefore, the method for producing a cellulose-based porous material according to an exemplary embodiment of the present invention enables drying of a hydrogel at low cost and within a short period of time, so that a large amount of porous material can be efficiently manufactured.

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, 전술한 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 foregoing detailed description is intended to illustrate and explain the present invention. In addition, the foregoing merely represents and describes preferred embodiments of the present invention, and as described above, the present invention can be used in various other combinations, modifications, and environments, and the scope of the inventive concept disclosed herein, the foregoing Changes or modifications are possible within the scope equivalent to the disclosure and / or within the scope of skill or knowledge in the art. Accordingly, the above detailed description of the invention is not intended to limit the invention to the disclosed embodiments. Also, the appended claims should be construed to cover other embodiments as well.

Claims (16)

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;
가교제 및 염기성 촉매제를 상기 현탁액에 첨가하여 하이드로겔을 제조하는 단계;
상기 하이드로겔을 냉동시키는 단계; 및
냉동된 상기 하이드로겔을 상온 및 상압의 조건에서 24 시간 이상 36 시간 이하의 시간 동안 건조시키는 단계;를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
Preparing pulp using a biomass raw material;
preparing cellulose fibers including at least one of cellulose microfibers and cellulose fibrils from the pulp;
preparing a suspension containing the cellulose fibers and a solvent;
preparing a hydrogel by adding a crosslinking agent and a basic catalyst to the suspension;
Freezing the hydrogel; and
Method for producing a cellulose-based porous material comprising: drying the frozen hydrogel at room temperature and pressure for 24 hours or more and 36 hours or less.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 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.
According to claim 1,
The step of producing the cellulose fibers,
mixing the pulp with a basic solution to prepare a pulp slurry; and
The manufacturing method of a cellulose-based porous material comprising the; preparing the cellulose microfibers by introducing the pulp slurry into a mixer and kneading.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유의 리그닌 함량은 30 중량% 이하인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
According to claim 1,
Method for producing a cellulose-based porous material in which the lignin content of the cellulose fibers 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.
According to 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 가교제는 에폭시계 화합물 및 알데히드계 화합물 중 어느 하나를 포함하는 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
According to claim 1,
The crosslinking agent is a method for producing a cellulose-based porous material comprising any one of an epoxy-based compound and an aldehyde-based compound.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유와 상기 가교제의 몰비는 1:0.1 내지 1:10인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
According to claim 1,
A method for producing a cellulose-based porous material in which the molar ratio of the cellulose fibers and the crosslinking agent is 1:0.1 to 1:10.
제1항에 있어서,
상기 셀룰로오스 섬유와 상기 염기성 촉매제의 몰비는 1:0.1 내지 1:3인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질의 제조 방법.
According to claim 1,
A method for producing a cellulose-based porous material in which the molar ratio between the cellulose fibers and the basic catalyst is 1:0.1 to 1:3.
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.
According to claim 1,
The step of preparing the hydrogel,
Method for producing a cellulose-based porous material that is performed 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.
제1항에 따른 제조 방법으로 제조된 셀룰로오스계 다공성 물질.
A cellulose-based porous material produced by the method according to claim 1.
제13항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 탄성 회복력은 80 % 이상인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질.
According to claim 13,
The cellulose-based porous material of which the elastic recovery of the cellulose-based porous material is 80% or more.
제13항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 다공성 물질의 수분 흡수율은 1,000 % 이상인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질.
According to claim 13,
A cellulose-based porous material having a water absorption rate of 1,000% or more.
제13항에 있어서,
상기 셀룰로오스계 다공성 물질 1 g 당 수분 보유량은 10 g 이상인 것인 셀룰로오스계 다공성 물질.
According to claim 13,
A cellulose-based porous material having a water retention rate of 10 g or more per 1 g of the cellulose-based porous material.
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