KR102638800B1 - 나노셀룰로오스의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 나노셀룰로오스의 순도를 설정하는 단계, (b) 상기 설정된 순도의 조건에 따라 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 중성용액으로 세척하는 단계, (c) 상기 미표백 셀룰로오스를 표백하는 단계, (d) 상기 표백된 셀룰로오스를 0.5~1% 농도의 황산용액과 0.3~0.7% 농도의 과산화수소용액으로 처리하여 가수분해한 후 중성용액으로 세척하는 단계, 및 (e) 상기 세척된 셀룰로오스를 정쇄하여 단섬유화된 나노셀룰로오스를 수득하는 단계를 포함하는 나노셀룰로오스의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 나노셀룰로오스의 제조방법에 관한 것이다.
나노셀룰로오스(Nanocellulose)는 우수한 인장강도를 갖는 유기고분자 물질로서 유기 바인더를 대체할 친환경 차세대소재로 주목받고 있다. 그러나, 현재 나노셀룰로오스는 높은 제조비용으로 인해 의료 목적용 소재, 광학용 소재 및 미용 소재 분야에만 국한되어 있다. 따라서 일반적인 산업용 소재 분야로 확대 적용되지 못하고 있는 실정이다.
나노셀룰로오스의 높은 제조비용의 원인 중 하나는 나노셀룰로오스의 산 가수분해 공정인데, 이때 고농도의 황산을 사용하므로 취급 상 위험이 존재할 뿐 아니라 부식성이 강하여 반응기나 공정의 제한이 있고, 반응 후 폐기물로 인해 환경적인 문제가 수반된다. 또한, 강산 사용으로 인해 제조 시 발생되는 부산물의 활용이 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 보다 안전하고, 효율적이며 경제적으로 나노셀룰로오스를 수득할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 도출된 것으로, 가수분해시 사용되는 강산을 약산으로 대체함으로써 공정 안정성을 확보하고 친환경적이면서도 종래대비 제조원가를 낮출 수 있는 나노셀룰로오스의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 나노셀룰로오스의 제조방법은 (a) 나노셀룰로오스의 순도를 설정하는 단계, (b) 상기 설정된 순도에 따라 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 중성용액으로 세척하는 단계, (c) 상기 미표백 셀룰로오스를 표백하는 단계, (d) 상기 표백된 셀룰로오스를 0.5~1% 농도의 황산용액과 0.3~0.7% 농도의 과산화수소용액으로 처리하여 가수분해한 후 중성용액으로 세척하는 단계, 및 (e) 상기 세척된 셀룰로오스를 정쇄하여 단섬유화된 나노셀룰로오스를 수득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가수분해시 사용되는 고농도의 황산용액을 저농도의 황산용액 및 과산화수소용액으로 대체함으로써 공정 안정성을 확보하고 친환경적이면서도 종래대비 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 약산으로 처리하여 가수분해함으로써 제조 시 발생되는 부산물을 별도의 처리공정 없이도 바로 활용 가능하므로 경제적이면서 친환경적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노셀룰로오스의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 하이드로 펄퍼를 나타낸 개략도이다.
도 3은 셀룰로오스를 원자경현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2는 하이드로 펄퍼를 나타낸 개략도이다.
도 3은 셀룰로오스를 원자경현미경으로 촬영한 사진이다.
이하에서 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시예만으로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 상기 및 그 밖에 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명의 나노셀룰로오스의 제조방법을 도면에 따라 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노셀룰로오스의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 1을 참조하면, 우선 나노셀룰로오스의 순도를 설정한다(S10).
적용하려는 제품군에 맞게 저순도, 중순도 및 고순도 중에서 하나를 선택하여 설정하며, 제품군이 의료기기인 경우에는 고순도로, 건축자재인 경우에는 저순도로 설정하여야 최종적으로 수득되는 나노셀룰로오스의 순도 조절이 보다 용이할 수 있다. 한편, 고순도의 나노셀룰로오스를 수득하기 위해서는 고온에서 장시간, 저순도의 나노셀룰로오스를 수득하기 위해서는 저온에서 단시간 동안 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리하는데, 이에 대해서는 하기에서 상세하게 설명하기로 한다.
그리고 설정된 순도에 따라 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 중성용액으로 세척한다(S20).
상기 S10단계에서 설정된 순도에 따라 바이오매스 100중량부에 1~13% 농도의 수산화나트륨용액 10~12중량부를 가한 후 100~130℃에서 2~3시간 동안 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 중성용액, 즉 공업용수로 3회 이상 세척할 수 있다. 1회차에서 세척수로 사용된 중성용액은 회수하여 2회차와 3회차 세척용수로 사용하는 것이 바람직하며, 최종적으로 사용하고 회수된 세척용수는 리그닌 분리에 사용될 수 있음은 물론이다.
예컨대, 상기 S10단계에서 고순도로 설정한 경우에는 120~130℃에서 150~180분 동안, 중순도로 설정한 경우에는 110~120℃에서 120~150분 동안, 저순도로 설정한 경우에는 100~110℃에서 90~120분 동안 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 바이오매스는 설탕공장에서 사탕을 짜고 버려지는 바가스(사탕수수찌꺼기, bagasse)를 수거하여 함수율 50%이하로 건조처리한 것을 사용하는 것이 공정 효율성을 높일 수 있다. 함수율이 0%인 경우 수율은 좋으나 수분제거를 위해 에너지가 많이 투입되므로 공정 효율성이 저하될 수 있을 뿐만 아니라 제조비용이 상승할 수 있다.
그 다음, 미표백 셀룰로오스를 표백한다(S30).
상기 S20단계에서 세척된 미표백 셀룰로오스 100중량부에 20~30% 농도의 과산화수소용액 또는 이산화염소용액 1~3중량부 및 1~10% 농도의 수산화나트륨용액 1~3중량부를 첨가하여 70~90℃에서 1~2시간 동안 표백을 실시할 수 있다. 상기 언급한 온도 및 시간을 벗어나는 경우 잔류 리그닌이 제대로 제거되기 어려우며 품질이 저하될 수 있다.
한편, 적용하는 분야에 따라 표백 시 사용하는 물질이 상이한데, 콘크리트나 바이오 폴리머에 적용하는 경우에는 과산화수소용액을 사용하고 화장품에 적용되는 경우에는 이산화염소용액을 사용하는 것이 바람직하다.
그후, 표백된 셀룰로오스를 0.5~1% 농도의 황산용액과 0.3~0.7% 농도의 과산화수소용액으로 처리하여 가수분해한 후 중성용액으로 세척한다(S40).
상기 S30단계에서 표백된 셀룰로오스 100중량부를 0.5~1% 농도의 황산용액 800~1000중량부와 0.3~0.7% 농도의 과산화수소용액 2~3중량부로 130~150℃에서 1~3시간 동안 처리하여 가수분해한 후 중성용액, 즉 공업용수로 여러 차례 세척할 수 있다. 상기 온도가 130℃미만이면, 당업계에서 요구되는 인장강도 확보가 어려울 수 있고, 150℃를 초과하면 표백된 셀룰로오스의 열화에 따른 수율 손실이 발생할 수 있다. 가수분해를 통해 거시적 또는 미세 형태의 셀룰로오스는 비정질 영역을 가로지르는 쪼개짐을 받아 셀룰로오스 나노결정이라고 불리는 막대 모양의 물질을 생성할 수 있으며 높은 표면적, 1.50g/cm3 이하의 낮은 밀도 및 20MPa 이상의 높은 인장강도를 가질 수 있다.
상기 언급한 황산용액과 과산화수소용액의 농도를 초과하는 경우, 가수분해된 셀룰로오스의 중화비용이 증가할 뿐 아니라 불완전한 중화로 인해 화장품 등 인체접촉도가 높은 제품의 사용에 제한이 발생될 수 있으며, 위험물질 관리비용 및 폐수처리비용이 증가될 수 있고, 폐수처리과정에서 수질, 토양 등의 환경오염이 수반될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예에서는 저농도의 황산용액과 과산화수소용액을 함께 적용함으로써 공정 안정성을 확보하고 친환경적이면서도 종래대비 제조원가를 낮출 수 있다. 또한, 약산 처리로 인해 제조 시 발생되는 부산물을 별도의 처리공정 없이도 바로 활용 가능하므로 경제적이며 친환경적일 수 있다.
예컨대, 황산용액을 통하여 수득된 셀룰로오스는 물에서 잘 분산되며 시간의존적 점도를 갖지 않을 수 있다.
마지막으로 세척된 셀룰로오스를 정쇄하여 단섬유화된 나노셀룰로오스를 수득한다(S50).
상기 S40단계에서 세척된 셀룰로오스를 리파이너 기계를 이용하여 정쇄하여 단섬유화할 수 있으며, 이때 단섬유화된 나노셀룰로오스는 순도가 92%이상이고, 직경이 100nm 이하이며, 종횡비가 10~20: 1일 수 있다. 바가스를 이용한 셀룰로오스의 경우 조류, 균류와 같은 세균과 해양동물로부터 합성한 셀룰로오스 대비 균질성이 좋기 때문에 직경이 비교적 작을 수 있다.
본 실시예에서는 리파이너 기계로 하이드로 펄퍼(hydro pulper)를 사용할 수 있으며, 하이드로 펄퍼(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 세척된 셀룰로오스가 유입되어 담지되는 본체(10), 상기 본체(10)의 내부에 설치되어 회전하면서 상기 담지된 셀룰로오스를 부양 및 순환시키는 로터(20), 상기 본체(10)의 하부 일 영역에 형성되어 설정된 크기로 셀룰로오스를 정쇄하는 리파이닝부(30), 상기 리파이닝부(30)의 일측에 형성되어 설정된 크기로 정쇄가 완료된 나노셀룰로오스만 선별적으로 배출하는 제1 배출구(40)와, 상기 본체(10)의 하측에 구비되어 상기 본체(10) 및 상기 리파이닝부(30)로부터 발생되는 찌꺼기를 배출하는 제2 배출구(50)를 포함할 수 있다.
<실시예 1>
바이오매스 100중량부에 7% 농도의 수산화나트륨용액 11중량부를 가한 후 125℃에서 160분 동안 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 공업용수로 3회 세척하였다. 그리고 25% 농도의 과산화수소용액 2중량부 및 5% 농도의 수산화나트륨용액 2중량부를 첨가하여 80℃에서 1시간 30분 동안 표백하였다. 그 다음0.7% 농도의 황산용액 900중량부와 0.5% 농도의 과산화수소용액 2중량부로 140℃에서 2시간 동안 처리하여 가수분해한 후 공업용수로 여러 차례 세척하고, 하이드로 펄퍼로 정쇄하여 고순도 나노셀룰로오스를 제조하였다.
<실시예 2>
바이오매스 100중량부에 7% 농도의 수산화나트륨용액 11중량부를 가한 후 115℃에서 130분 동안 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 공업용수로 3회 이상 세척하였다. 그리고 25% 농도의 과산화수소용액 2중량부 및 5% 농도의 수산화나트륨용액 2중량부를 첨가하여 80℃에서 1시간 30분 동안 표백하였다. 그 다음 0.7% 농도의 황산용액 900중량부와 0.5% 농도의 과산화수소용액 2중량부로 140℃에서 2시간 동안 처리하여 가수분해한 후 공업용수로 여러 차례 세척하고, 하이드로 펄퍼로 정쇄하여 중순도 나노셀룰로오스를 제조하였다.
<실시예 3>
바이오매스 100중량부에 7% 농도의 수산화나트륨용액 11중량부를 가한 후 105℃에서 100분 동안 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 공업용수로 3회 이상 세척하였다. 그리고 25% 농도의 과산화수소용액 2중량부 및 5% 농도의 수산화나트륨용액 2중량부를 첨가하여 80℃에서 1시간 30분 동안 표백하였다. 그 다음 0.7% 농도의 황산용액 900중량부와 0.5% 농도의 과산화수소용액 2중량부로 140℃에서 2시간 동안 처리하여 가수분해한 후 공업용수로 여러 차례 세척하고, 하이드로 펄퍼로 정쇄하여 중순도 나노셀룰로오스를 제조하였다.
<비교예 1>
표백된 셀룰로오스를 10% 농도의 황산용액으로 처리하여 가수분해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고순도 나노셀룰로오스를 제조하였다.
<비교예 2>
표백된 셀룰로오스를 0.3% 농도의 황산용액으로 처리하여 가수분해한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 고순도 나노셀룰로오스를 제조하였다.
실험예 1. 물리 화학적 평가
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2에서 제조된 나노셀룰로오스의 물리 화학적 특성을 확인하기 위하여 하기와 같이 실험을 실시하였다.
(1) 결정화도(%): X선 회절법으로 측정하고 표 1에 기재하였다.
(2) 직경: 원자경현미경으로 4회 촬영하여 도 3에 도시하였으며, 그 촬영된 이미지로 직경을 측정하고 평균값을 산출하여 표 1에 기재하였다.
(3) 분산성: 물이 담긴 비커에 나노셀룰로오스 1g을 분산시킨 후 침전되는지 여부를 관찰하고 표 1에 기재하였다.
| 구분 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 |
| 결정화도(%) | 65.7 | 77.4 | 78.8 | 45 | 40 |
| 직경(nm) | ≤ 90 | ≤ 80 | ≤ 70 | ≤ 118 | ≤ 150 |
| 분산성 | 물에 용해되고 3시간 안에 침전되지 않음 | 물에 잘 분산되고 12시간 안에 침전되지 않음 | 물에 잘 분산되고 침전되지 않음 | 물에 용해되고 1시간 안에 침전됨 | 물에 용해되고 2시간 안에 침전됨 |
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3은 비교예 1, 2에 비해 결정화도가 현저히 높게 나타났다. 또한, 실시예 1 내지 3은 비교예 1, 2보다 직경이 상대적으로 작고, 3시간 이내에는 모두 침전되지 않아 분산성이 우수함을 알 수 있었다.
이상에서 본 발명의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
1: 하이드로 펄퍼
10: 본체
20: 로터
30: 리파이닝부
40: 제1 배출구
50: 제2 배출구
10: 본체
20: 로터
30: 리파이닝부
40: 제1 배출구
50: 제2 배출구
Claims (7)
- (a) 나노셀룰로오스의 순도를 설정하는 단계;
(b) 상기 설정된 순도에 따라 바이오매스로부터 미표백 셀룰로오스를 분리한 후 중성용액으로 세척하는 단계;
(c) 상기 미표백 셀룰로오스를 표백하는 단계;
(d) 상기 표백된 셀룰로오스를 0.5~1% 농도의 황산용액과 0.3~0.7% 농도의 과산화수소용액으로 처리하여 가수분해한 후 중성용액으로 세척하는 단계; 및
(e) 상기 세척된 셀룰로오스를 정쇄하여 단섬유화된 나노셀룰로오스를 수득하는 단계;를 포함하는, 나노셀룰로오스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (b)단계에서 바이오매스는 함수율 50%이하로 건조처리된 바가스인, 나노셀룰로오스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (b)단계에서 미표백 셀룰로오스 분리는, 바이오매스 100중량부에 1~13% 농도의 수산화나트륨용액 10~12중량부를 가한 후 100~130℃에서 2~3시간 동안 실시하는, 나노셀룰로오스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (c)단계는 미표백 셀룰로오스 100중량부에 20~30% 농도의 과산화수소용액 또는 이산화염소용액 1~3중량부 및 1~10% 농도의 수산화나트륨용액 1~3중량부를 첨가하여 70~90℃에서 1~2시간 동안 실시되는, 나노셀룰로오스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (d)단계는 표백된 셀룰로오스 100중량부를 0.5~1% 농도의 황산용액 800~1000중량부와 0.3~0.7% 농도의 과산화수소용액 2~3중량부로 130~150℃에서 1~3시간 동안 처리하여 가수분해하는 것인, 나노셀룰로오스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (e)단계에서 수득된 나노셀룰로오스는 순도가 92%이상이고, 직경이 100nm 이하이며, 종횡비가 10~20: 1인, 나노셀룰로오스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (e)단계에서 정쇄는 리파이너 기계를 이용하여 실시하되, 상기 리파이너 기계는 하이드로 펄퍼인, 나노셀룰로오스의 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020230108742A KR102638800B1 (ko) | 2023-08-21 | 2023-08-21 | 나노셀룰로오스의 제조방법 |
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ID=90056374
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| KR (1) | KR102638800B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140182582A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Api Intellectual Property Holdings, Llc | Processes for making cellulose with very low lignin content for glucose, high-purity cellulose, or cellulose derivatives |
| CN109627345A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-16 | 广西大学 | 一种甘蔗叶疏水改性纳米纤维素的制备方法及应用 |
| KR102126579B1 (ko) * | 2018-07-26 | 2020-06-25 | 대한민국 | 나노셀룰로오스 섬유의 대량생산을 위한 장치 및 방법 |
| KR102385644B1 (ko) | 2018-09-04 | 2022-04-13 | 박찬오 | 나노셀룰로오스 제조방법 |
| KR20230118241A (ko) * | 2022-02-04 | 2023-08-11 | 대한민국(산림청 국립산림과학원장) | 열기계 펄프의 표백방법 |
-
2023
- 2023-08-21 KR KR1020230108742A patent/KR102638800B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140182582A1 (en) * | 2012-12-31 | 2014-07-03 | Api Intellectual Property Holdings, Llc | Processes for making cellulose with very low lignin content for glucose, high-purity cellulose, or cellulose derivatives |
| KR102126579B1 (ko) * | 2018-07-26 | 2020-06-25 | 대한민국 | 나노셀룰로오스 섬유의 대량생산을 위한 장치 및 방법 |
| KR102385644B1 (ko) | 2018-09-04 | 2022-04-13 | 박찬오 | 나노셀룰로오스 제조방법 |
| CN109627345A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-16 | 广西大学 | 一种甘蔗叶疏水改性纳米纤维素的制备方法及应用 |
| KR20230118241A (ko) * | 2022-02-04 | 2023-08-11 | 대한민국(산림청 국립산림과학원장) | 열기계 펄프의 표백방법 |
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