KR20200073189A - Boron nitride nanosheet-cellulosic nanofiber composite film having excellent oxygen barrier, and method for producing the same - Google Patents

Boron nitride nanosheet-cellulosic nanofiber composite film having excellent oxygen barrier, and method for producing the same Download PDF

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Abstract

A boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention, even when manufactured by a simple and mild manufacturing method that can be commercially used, has a role as an excellent oxygen barrier film that is sustainable, has an effect of improving properties such as elastic modulus and tensile strength without a substantial decrease in elongation properties, has an effect of having excellent optical properties with high light transmittance, and has an effect of having very low cytotoxicity.

Description

우수한 산소 차단 특성을 가지는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름 및 이의 제조 방법{Boron nitride nanosheet-cellulosic nanofiber composite film having excellent oxygen barrier, and method for producing the same}Boron nitride nanosheet-cellulosic nanofiber composite film having excellent oxygen barrier, and method for producing the same}

본 발명은 우수한 산소 차단 특성을 가지는 고분자 복합 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a polymer composite film having excellent oxygen barrier properties and a method for manufacturing the same.

폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)와 같은 범용 합성 고분자는 식품 및 의약품 등의 포장(packaging) 재료로서, 강도, 점탄성 및 내화학성이 우수하고 저비용임에 따라 널리 사용되어 왔다. Universal synthetic polymers such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET) are packaging materials for food and pharmaceuticals, and have excellent strength, viscoelasticity, and chemical resistance. And has been widely used due to its low cost.

특히 이러한 재료들이 식품 및 의약품 등의 포장 필름으로서 사용될 시, 산소 차단 특성은 식품 및 의약품 등의 산화 방지에 필수적이다. 그러나 대부분의 고분자 필름은 산소 투과성이 높으며, 예를 들어 약 40~1000 cc/m2/day의 높은 산소 투과율(Oxygen transmission rate, OTR)을 가지는 한계가 있다. 구체적으로, 폴리에틸렌 필름 및 폴리프로필렌 필름은 1,000 cc/m2/day 이상이며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름은 약 60 cc/m2/day의 산소 투과율을 가지는 것으로 알려져 있다.In particular, when these materials are used as packaging films for foods and medicines, oxygen barrier properties are essential for preventing oxidation of foods and medicines. However, most polymer films have high oxygen permeability, and for example, have a high oxygen transmission rate (OTR) of about 40 to 1000 cc/m 2 /day. Specifically, the polyethylene film and the polypropylene film are 1,000 cc/m 2 /day or more, and the polyethylene terephthalate film is known to have an oxygen transmission rate of about 60 cc/m 2 /day.

합성 고분자의 산소 차단 특성을 향상시키기 위해 할로겐화 또는 금속화된 고분자 필름이 연구되었으며, 이는 0.1~10 cc/m2/day의 낮은 산소 투과율을 달성할 수 있는 것으로 보고되었다. 그러나 이러한 고분자 필름은 환경 및 건강상의 위협을 크게 초래하는 문제가 있다. 예를 들어, 알루미늄 코팅 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름과 폴리비닐리덴 클로라이드(Polyvinylidene chloride, PVDC) 등의 고분자 필름은 소각 시 미세먼지와 다이옥신 등의 인체에 해로운 물질을 생성하는 치명적인 문제가 있다. 따라서 이러한 할로겐화 또는 금속화된 고분자 필름은 재활용할 수 없고, 처리 시 막대한 비용이 소요되는 문제가 있다.Halogenated or metallized polymer films have been studied to improve the oxygen barrier properties of synthetic polymers, which have been reported to achieve low oxygen transmission rates of 0.1 to 10 cc/m 2 /day. However, such a polymer film has a problem that greatly causes an environmental and health threat. For example, an aluminum-coated polyethylene terephthalate film and a polymer film such as polyvinylidene chloride (PVDC) have a fatal problem of generating substances harmful to the human body such as fine dust and dioxins during incineration. Therefore, such a halogenated or metallized polymer film cannot be recycled, and there is a problem in that a huge cost is required during treatment.

한편, 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofiber, CNF)는 지속 가능하고 생체 적합성을 지닌 나노소재로, 식품 및 의약품 등의 포장 재료로 이용되며, 이는 풍부한 바이오매스인 셀룰로오스 벌크에서 고결정성 나노섬유를 기계적으로 분해하여 생산된다. On the other hand, cellulose nanofibers (CNFs) are sustainable and biocompatible nanomaterials that are used as packaging materials for food and pharmaceuticals, which mechanically decompose highly crystalline nanofibers in cellulose bulk, a rich biomass. Is produced.

그러나 셀룰로오스 나노섬유 필름은 고도로 통제된 조건에서 제조된 경우, 낮은 산소 투과율의 이상적인 산소 차단 성능을 가지나, 산업 현장 등의 실제 제조 및 사용 환경에서 제조된 셀룰로오스 나노섬유 필름은 그 산소 차단 성능이 제대로 발휘될 수 없는 치명적인 단점이 존재한다. 구체적으로, 필름 제조 과정에서 건조 시 모세관 힘이 이종 표면을 생성하기 때문에 실제 제조되어 상용화될 시에는 19 cc/m2/day 이상의 높은 산소 투과율 가지는 단점이 있다.However, when the cellulose nanofiber film is manufactured under highly controlled conditions, it has an ideal oxygen blocking performance with low oxygen permeability, but the cellulose nanofiber film manufactured in an actual manufacturing and use environment such as an industrial site exhibits its oxygen blocking performance properly. There are deadly drawbacks that cannot be. Specifically, when the film is manufactured, since the capillary force creates a heterogeneous surface during drying, it has a disadvantage of having a high oxygen permeability of 19 cc/m 2 /day or more when actually manufactured and commercialized.

따라서 실제 상업적으로 이용할 수 있는 수준의 간단한 제조 방법으로 제조되어도 산소 차단 특성이 높은 수준으로 발휘될 수 있는 우수한 셀룰로오스계 복합 필름에 대한 연구가 필요하며, 나아가 광학적 특성, 기계적 특성, 생체 적합성 등의 성능도 우수한 복합 필름에 대한 연구가 필요하다. Therefore, research into an excellent cellulose-based composite film capable of exerting a high level of oxygen blocking properties, even when manufactured with a simple manufacturing method that is actually commercially available, furthermore, performance of optical properties, mechanical properties, biocompatibility, etc. Even excellent composite films need to be studied.

한국등록특허공보 제10-1721753호 (2017.03.24)Korean Registered Patent Publication No. 10-1721753 (2017.03.24)

본 발명의 목적은 실제 상용화 가능한 간단한 제조 방법으로 제조될 경우에도 높은 산소 차단 성능이 발휘될 수 있는 고분자 필름을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a polymer film capable of exerting high oxygen blocking performance even when manufactured by a simple production method that is actually commercially available.

또한 본 발명의 다른 목적은 광학적 특성, 기계적 특성, 생체 적합성 등도 우수한 고분자 필름을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a polymer film excellent in optical properties, mechanical properties, biocompatibility, and the like.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법은, a) 수상에서 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유를 혼합 및 분산하여 분산액을 제조하는 단계 및 b) 상기 분산액을 건조하여 복합 필름을 제조하는 단계를 포함한다. The method of manufacturing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention comprises: a) mixing and dispersing boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers in a water phase to prepare a dispersion, and b) drying the dispersion to form a composite And producing a film.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 분산액은 물, 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유를 포함할 수 있다. In an example of the present invention, in step a), the dispersion may include water, boron nitride nanosheets, and cellulose nanofibers.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 분산액은 물 100 중량부에 대하여 질화붕소 나노시트 0.05 내지 1 중량부 및 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부를 포함할 수 있다. In one example of the present invention, the dispersion may include 0.05 to 1 part by weight of boron nitride nanosheets and 0.1 to 5 parts by weight of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by weight of water.

본 발명의 일 예에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법은, 상기 a) 단계 이전에, 이온성 액체를 포함하는 분산매에 질화붕소 분말을 분산한 후 반응시켜 질화붕소 나노시트를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. A method of manufacturing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to an example of the present invention, prior to the step a), after dispersing the boron nitride powder in a dispersion medium containing an ionic liquid and reacting it, the boron nitride nanosheet It may further include the step of manufacturing.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 건조는 상압에서 수행되는 자연 건조일 수 있다. In an example of the present invention, in step b), drying may be natural drying performed at normal pressure.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 건조는 5 내지 35℃에서 수행될 수 있다. In an example of the present invention, in step b), drying may be performed at 5 to 35°C.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 질화붕소 나노시트는 두께가 0.2 내지 50 nm일 수 있고 장축이 300 내지 1,000 nm일 수 있다. In one example of the present invention, the boron nitride nanosheet may have a thickness of 0.2 to 50 nm and a long axis of 300 to 1,000 nm.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유의 중량비는 0.1:99.9~10:90일 수 있다. The weight ratio of the boron nitride nanosheet and the cellulose nanofiber of the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention may be 0.1:99.9 to 10:90.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름은 연신율이 4% 이상이고 영률이 4.8 GPa 이상이며 인장강도가 90 MPa 이상일 수 있다. The boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention may have an elongation of 4% or more, a Young's modulus of 4.8 GPa or more, and a tensile strength of 90 MPa or more.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 산소 투과율은 15 ㎖/m2/day 이하일 수 있다.The oxygen transmittance of the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention may be 15 ml/m 2 /day or less.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름은 식품 또는 의약품 등의 산소 차단을 위한 포장 용도로 사용될 수 있다. The boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention may be used for packaging for blocking oxygen in food or pharmaceuticals.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름은 실제 상용화 가능한 간단하고 온화한 제조 방법으로 제조될 경우에도 지속 가능한 우수한 산소 차단막으로서의 역할을 가지는 것은 물론, 신장 특성의 실질적인 감소 없이 탄성률 및 인장 강도 등의 특성이 향상된 효과를 가지고, 광 투과율이 높은 우수한 광학적 특성을 가지는 효과를 가지며, 매우 낮은 세포 독성을 갖는 효과가 있다. The boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention has a role as an excellent oxygen barrier film that can be sustained even when manufactured by a simple and mild manufacturing method that is practically commercially available, as well as elastic modulus and tensile strength without substantially reducing elongation properties. It has the effect of improving the properties of the back, has the effect of having excellent optical properties with high light transmittance, and has the effect of having very low cytotoxicity.

본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다. Even if the effects are not explicitly mentioned in the present invention, the effects described in the specification expected by the technical features of the present invention and the inherent effects thereof are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법에 대한 공정도이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 질화붕소 나노시트의 평균크기 및 다분산도를 제타사이저(zeta sizer), 주사전자현미경 및 투과전자현미경을 사용하여 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 1에서 제조된 질화붕소 나노시트 분산액 및 셀룰로오스 나노섬유 분산액의 이미지이다.
도 4는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 필름의 산소 투과율(Oxygen transmission rate, OTR)을 산소 투과성 시험기를 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 필름의 영률(Young's modulus), 인장강도(tensile strengths) 및 연신율(elongations)을 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 필름의 광 투과율을 UV-vis 분광 광도계를 통해 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 필름의 전계방출주사전자현미경 이미지이다.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 필름에 대한 세포 독성을 시험한 결과를 나타낸 것이다.
1 is a process chart for a method of manufacturing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention.
Figure 2 shows the results of measuring the average size and polydispersity of the boron nitride nanosheet prepared in Example 1 using a zeta sizer, a scanning electron microscope and a transmission electron microscope.
3 is an image of a dispersion of boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers prepared in Example 1.
Figure 4 shows the results of measuring the oxygen transmission rate (Oxygen transmission rate, OTR) of the films prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 through an oxygen permeability tester.
Figure 5 shows the results of measuring the Young's modulus, tensile strengths and elongations of the films prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1.
6 shows the results of measuring the light transmittance of the films prepared in Example 1 and Comparative Example 1 through a UV-vis spectrophotometer.
7 is a field emission scanning electron microscope image of the film prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
Figure 8 shows the results of testing the cytotoxicity for the films prepared in Example 1 and Comparative Example 1.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 우수한 산소 차단 특성을 가지는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film having excellent oxygen barrier properties according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. The drawings described in this specification are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the presented drawings and may be embodied in other forms, and the drawings may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Unless otherwise defined in technical terms and scientific terms used in the present specification, those skilled in the art to which the present invention pertains have the meanings commonly understood, and the subject matter of the present invention in the following description and the accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure are omitted.

본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다. As used herein, the singular form of the term may be interpreted to include the plural form unless otherwise specified.

본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별 다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다. Units of% used in the present specification without specific mention mean% by weight, unless otherwise defined.

본 발명자는 셀룰로오스 나노섬유 필름이 낮은 산소 투과율(1 cc/m2/day 이하)의 이상적인 산소 차단 특성을 가지는 것으로 알려져 있으나, 이는 고도로 통제된 조건에서 제조될 경우에만 나타나는 특성으로, 상온, 상압 조건 등의 예와 같은 실제 상용화 가능한 공정 조건에서 제조될 경우에는 매우 높은 산소 투과율(19 cc/m2/day 이상)의 낮은 산소 차단 특성이 나타남에 따라, 셀룰로오스 나노섬유 필름은 실제 대량화 및 상용화하여 사용하기 어려운 치명적인 문제를 인식하였다.The present inventors are known to have an ideal oxygen barrier property of a cellulose nanofiber film having a low oxygen permeability (1 cc/m 2 /day or less), but this is a property that appears only when manufactured under highly controlled conditions, at room temperature and normal pressure. Cellulose nanofiber films are used in actual mass production and commercialization when they are manufactured under actual commercially available process conditions such as, for example, a very high oxygen permeability (above 19 cc/m 2 /day) and low oxygen barrier properties. Recognized a fatal problem that is difficult to do.

따라서 본 발명자는 이를 해결하기 위해 심도있는 연구를 수행한 결과, 상용화에 유리한 간단하고 온화한 공정 조건에서도 셀룰로오스 나노섬유 필름의 이상적인 산소 차단 특성을 가지며, 나아가 신장 특성의 실질적인 감소 없이 탄성률 및 인장 강도 등의 특성이 향상된 효과를 가지고, 광 투과율이 높은 우수한 광학적 특성을 가지는 효과를 가지며, 매우 낮은 세포 독성을 갖는 복합 필름 및 이의 제조 방법을 발견하여 이를 본 발명에서 제공하고자 한다. Therefore, as a result of conducting an in-depth study to solve this problem, the present inventor has the ideal oxygen barrier property of the cellulose nanofiber film even in simple and mild process conditions favorable for commercialization, and furthermore, it has elasticity and tensile strength, etc. without substantially reducing elongation properties. The present invention is to find a composite film having an effect of improving properties, an effect of having excellent optical properties with high light transmittance, and having a very low cytotoxicity and a method of manufacturing the same, in the present invention.

이하 본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유(BNNS-CNF) 복합 필름 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber (BNNS-CNF) composite film according to the present invention will be described in detail.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법은, a) 수상에서 질화붕소 나노시트(Boron nitride nanosheet, BNNS) 및 셀룰로오스 나노섬유(Cellulose nanofiber, CNF)를 혼합 및 분산하여 분산액을 제조하는 단계 및 b) 상기 분산액을 건조하여 복합 필름을 제조하는 단계를 포함한다. Method for producing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention, a) a dispersion by mixing and dispersing boron nitride nanosheets (BNNS) and cellulose nanofibers (CNF) in a water phase And b) drying the dispersion to produce a composite film.

상기 a) 단계의 수상은 바람직하게는 물로 구성된 분산매 상을 의미하는 것일 수 있으며, 물 외의 분산매를 실질적으로 포함하지 않는, 즉, 물 외의 이종 분산매를 포함하지 않는 것을 의미할 수 있다. 따라서 상기 b) 단계의 분산액은 물로 구성된 분산매 상에 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유가 분산된 상태로 존재하는 것을 의미한다. The aqueous phase of the step a) may preferably mean a dispersion medium phase composed of water, and may substantially mean that it does not contain a dispersion medium other than water, that is, does not include a heterogeneous dispersion medium other than water. Therefore, the dispersion in step b) means that boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers are dispersed in a dispersion medium composed of water.

특히 상기 분산매가 물로 구성된 것임에 따라, b) 단계에서 분산액을 건조하여 제조된 복합 필름은 매우 낮은 산소 투과율을 가지는 효과가 구현된다. 구체적으로, 물로 구성된 분산매 상에 분산된 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유는 상온 및 상압에서 건조되는 등의 예와 같은 상용화에 유리한 건조 조건에서도 상분리 구조 및 핀홀이 형성되지 않아 균질한 복합 필름의 제조가 가능하다. 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유는 서로 함께 분산매 상에서 분산되어 존재할 시, 상기 분산매가 물로 구성된 것일 경우, 이들은 물과 혼화성이 매우 뛰어나 미세 침전물의 형성이 극도로 억제되어 매우 균일하고 안정적인 상태로 수상에 존재하게 된다. 따라서 상기 분산액은 상기 b) 단계에서 건조가 진행됨에 따라 농도가 증가하더라도 미세 침전물의 형성이 극도로 억제되어 상분리 구조 및 핀홀이 실질적으로 없는 균질한 복합 필름을 형성한다. 이에 따라 셀룰로오스 나노섬유 필름의 매우 낮은 이상적인 산소 투과율을 가질 수 있다. In particular, as the dispersion medium is composed of water, the composite film prepared by drying the dispersion in step b) has an effect of having a very low oxygen permeability. Specifically, the boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers dispersed on a dispersion medium composed of water are not formed of a phase separation structure and pinholes even under drying conditions favorable for commercialization such as drying at room temperature and pressure, thereby producing a homogeneous composite film Is possible. When the boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers are dispersed in a dispersion medium with each other, and when the dispersion medium is composed of water, they are highly miscible with water, and the formation of fine precipitates is extremely suppressed, resulting in a very uniform and stable state. Will exist in Therefore, even if the concentration increases as the drying proceeds in step b), the formation of a fine precipitate is extremely suppressed to form a homogeneous composite film having substantially no phase separation structure and pinholes. Accordingly, it is possible to have a very low ideal oxygen transmission rate of the cellulose nanofiber film.

그러나 상기 분산매가 물 외의 이종 분산매 또는 이종 용매가 포함될 경우, 전술한 효과는 구현될 수 없다. 상세하게, 물로 구성되는 분산매에 이소프로필알코올(isopropyl alcohol) 등의 휘발성이 강한 분산매 또는 용매가 포함될 경우, 상기 b) 단계에서 건조 시, 분산 안정성이 저하될 수 있고, 건조 과정에서 상분리 구조 및 핀홀의 형성을 유발할 수 있다. 따라서 셀룰로오스 나노섬유 필름의 매우 낮은 이상적인 산소 투과율을 가질 수 없으며, 광학적 특성, 기계적 특성 등의 향상도 기대할 수 없다. However, when the dispersion medium contains a heterogeneous dispersion medium other than water or a heterogeneous solvent, the above-described effect cannot be realized. In detail, when a dispersion medium composed of water includes a highly volatile dispersion medium such as isopropyl alcohol or a solvent, when drying in step b), dispersion stability may be reduced, and the phase separation structure and pins during drying It may cause the formation of holes. Therefore, it is not possible to have a very low ideal oxygen transmittance of the cellulose nanofiber film, and improvement in optical properties, mechanical properties, and the like cannot be expected.

전술한 바와 같이, 상기 a) 단계에서, 분산액은 물, 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유를 포함할 수 있다. 구체적인 일 예로, 상기 분산액의 조성비는 크게 제한되는 것은 아니지만, 물 100 중량부에 대하여 질화붕소 나노시트 0.05 내지 1 중량부 및 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 이때 우수한 산소 차단 특성 등의 전술한 효과들을 보다 향상시킬 수 있는 측면에서 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유의 혼합 중량비는 0.1:99.9~10:90, 바람직하게는 0.5:99.5~8:92, 보다 바람직하게는 1:99~5:95일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. As described above, in the step a), the dispersion may include water, boron nitride nanosheets, and cellulose nanofibers. As a specific example, the composition ratio of the dispersion is not particularly limited, but may include 0.05 to 1 part by weight of boron nitride nanosheets and 0.1 to 5 parts by weight of cellulose nanofibers per 100 parts by weight of water. At this time, in terms of further improving the above-described effects such as excellent oxygen blocking properties, the mixed weight ratio of boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers is 0.1:99.9 to 10:90, preferably 0.5:99.5 to 8:92, more Preferably it may be 1:99 to 5:95. However, this is only described as a preferred example, of course, the present invention is not limited to this.

상기 b) 단계에서, 건조 시 공정 조건은 상압에서 수행되는 자연 건조인 것이 바람직하다. 이때 상압은 통상적인 대기 상태에서의 압력을 의미하며 0.9~1.1 atm, 구체적으로 실질적인 상압에 해당하는 1 atm을 의미할 수 있다. 진공을 포함하여 상압 보다 낮은 압력에서 건조될 경우, 구체적으로, 감압 건조의 경우, 낮은 압력의 불안정한 상태에서 건조됨에 따라 핀홀이 생성되는 결함을 야기할 수 있고, 분산액의 분산 안정성에 큰 영향을 줄 수 있어 결과적으로 상분리 구조 및 핀홀이 실질적으로 없는 균질한 복합 필름을 형성할 수 없으며, 또한 신장 특성의 실질적인 감소 없이 탄성률 및 인장 강도 등의 특성이 향상된 효과 및 높은 광투과율 효과를 기대할 수 없다. In step b), it is preferable that the process conditions during drying are natural drying performed at normal pressure. At this time, the normal pressure means a pressure in a normal atmospheric state, and may mean 0.9 to 1.1 atm, specifically, 1 atm corresponding to the actual normal pressure. When dried at a pressure lower than normal pressure, including vacuum, specifically, under reduced pressure drying, pinholes may be generated as a result of drying under an unstable condition at a low pressure, which may greatly affect dispersion stability of the dispersion. As a result, it is impossible to form a homogeneous composite film having substantially no phase separation structure and pinholes, and it is not possible to expect improved effects such as elastic modulus and tensile strength and high light transmittance effect without substantially reducing elongation properties.

즉, 상기 b) 단계의 건조가 상압에서 수행되는 자연 건조일 경우, 상분리 구조 및 핀홀이 실질적으로 없는 균질한 복합 필름을 형성할 수 있으며, 신장 특성의 실질적인 감소 없이 탄성률 및 인장 강도 등의 특성이 향상된 효과 및 높은 광투과율 효과가 구현될 수 있다. That is, when the drying of step b) is natural drying performed at normal pressure, a homogeneous composite film having substantially no phase separation structure and pinholes can be formed, and properties such as modulus of elasticity and tensile strength are not substantially reduced. An improved effect and a high light transmittance effect can be realized.

상기 b) 단계에서, 건조 온도는 분산액이 필름을 형성할 수 있게 할 수 있는 정도라면 크게 제한되는 것은 아니나, 5 내지 35℃, 보다 구체적으로 상온이 바람직할 수 있다. 이를 만족할 경우, 대량화 및 상용화에 유리하며, 과도한 온도 변화에 따른 상분리 구조 및 핀홀을 유발하는 문제를 미연에 방지할 수 있어서 좋을 수 있다. In step b), the drying temperature is not particularly limited as long as the dispersion is capable of forming a film, but may be preferably 5 to 35°C, more specifically, room temperature. If this is satisfied, it is advantageous for mass-production and commercialization, and it may be good to be able to prevent the problem of causing the phase separation structure and pinholes due to excessive temperature change.

바람직한 일 예에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법은, 상기 a) 단계 이전에, 이온성 액체를 포함하는 분산매에 질화붕소 분말을 분산한 후 반응시켜 질화붕소 나노시트를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우, 질화붕소 나노시트의 표면상에 이온성 액체가 잔류할 수 있음에 따라, a) 단계 및 b) 단계에서 질화붕소 나노시트가 분산매에 분산 안정성이 보다 증가되어, 최종 제조된 복합 필름의 산소 투과율이 보다 감소될 수 있어 바람직할 수 있다.A method of manufacturing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to a preferred embodiment, prior to step a), disperses the boron nitride powder in a dispersion medium containing an ionic liquid and reacts to prepare a boron nitride nanosheet It may further include a step. If this is satisfied, as the ionic liquid may remain on the surface of the boron nitride nanosheet, the dispersion stability of the boron nitride nanosheet in the dispersion medium is further increased in steps a) and b), resulting in the final composite film Oxygen permeability of can be further reduced, which may be desirable.

구체적으로, 이온성 액체는 휘발성이 현저히 떨어짐에 따라, 질화붕소가 이온성 액체를 포함하는 분산매에서 반응하여 제조된 질화붕소 나노시트의 표면은 건조 과정을 거치더라도 질화붕소 나노시트의 표면상에 상기 이온성 액체가 잔류할 수 있다. 따라서 상기 이온성 액체는 상기 a) 단계 및 b) 단계의 분산액에 포함될 수 있으며, 최종 제조된 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름 내에도 함유되어 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름에 함유된 이온성 액체는 질화붕소 나노시트 100 중량부에 대하여 0.05 내지 1 중량부로 함유될 수 있다. Specifically, as the volatility of the ionic liquid is significantly reduced, the surface of the boron nitride nanosheet prepared by reacting in a dispersion medium containing boron nitride in the dispersion medium containing the ionic liquid is on the surface of the boron nitride nanosheet even though it undergoes a drying process. Ionic liquids may remain. Therefore, the ionic liquid may be included in the dispersions of steps a) and b), and may also be contained in the final manufactured boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film. In this case, the ionic liquid contained in the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film may be contained in an amount of 0.05 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the boron nitride nanosheet.

상기 질화붕소 나노시트를 제조하는 단계에서, 분산매는 물 및 이온성 액체 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 분산매가 물과 이온성 액체를 포함할 경우 이들의 중량비는, 물 100 중량부에 대하여 이온성 액체 0.01 내지 1 중량부인 것일 수 있다. In the step of preparing the boron nitride nanosheet, the dispersion medium may include any one or more selected from water and ionic liquid. When the dispersion medium contains water and an ionic liquid, their weight ratio may be 0.01 to 1 part by weight of ionic liquid with respect to 100 parts by weight of water.

상기 이온성 액체는 크게 제한되지 않으나, 예컨대, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. The ionic liquid is not particularly limited, for example, 1-butyl-3-methylimidazolium, 1-butyl-3-methylimidazolium chloride, 1-butyl-3-methylimidazolium bromide, 1-ethyl It may include any one or two or more selected from -3-methylimidazolium tetrafluoroborate. However, this is only described as a preferred example, of course, the present invention is not limited to this.

또한 상기 질화붕소 나노시트를 제조하는 단계 이후에, 미박리 질화붕소 나노시트 및/또는 (이온성 액체를 포함하는) 분산매를 제거하는 단계를 더 거칠 수 있다. In addition, after the step of preparing the boron nitride nanosheet, the step of removing the unreleased boron nitride nanosheet and/or the dispersion medium (including the ionic liquid) may be further performed.

구체적인 일 예로, 상기 질화붕소 나노시트는 테일러-쿠에트(Taylor-Couette, TC) 반응기를 이용하여 질화붕소를 박리 및 기능화시켜 제조될 수 있다. 상세하게, 질화붕소 분말을 상기 분산매에 혼합하여 제조된 질화붕소 분산액을 상기 반응기 내에서 반응시켜 질화붕소를 박리 및 기능화시킨 후, 미박리 질화붕소 나노시트 및 분산매를 제거하여 질화붕소 나노시트를 제조할 수 있다. 이때 질화붕소 분산액의 농도는 적절히 조절될 수 있으며, 예컨대 5 내지 100 mg/㎖일 수 있다. 이렇게 수득된 질화붕소 나노시트를 포함하는 혼합액을 5 내지 30 시간 동안 동결 건조하여 분말상의 질화붕소 나노시트를 제조할 수 있다. As a specific example, the boron nitride nanosheet may be prepared by peeling and functionalizing boron nitride using a Taylor-Couette (TC) reactor. In detail, the boron nitride dispersion prepared by mixing boron nitride powder with the dispersion medium is reacted in the reactor to remove and functionalize boron nitride, and then remove the unpeeled boron nitride nanosheet and dispersion medium to prepare boron nitride nanosheet. can do. At this time, the concentration of the boron nitride dispersion may be appropriately adjusted, for example, 5 to 100 mg/ml. The mixed solution containing the boron nitride nanosheet thus obtained can be freeze-dried for 5 to 30 hours to prepare a powdery boron nitride nanosheet.

하지만 이 외에도, 상기 질화붕소 나노시트의 제조 방법은 공지된 다양한 문헌을 참고할 수 있으며, 예컨대 한국등록특허공보 제10-1721753호 등을 참조할 수 있으나, 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. However, in addition to this, the method for manufacturing the boron nitride nanosheet may refer to various well-known documents, for example, Korean Patent Publication No. 10-1721753, etc., but this is only described as a preferred example. It goes without saying that the invention is not limited to this.

본 발명에서 사용되는 질화붕소 나노시트의 사이즈는 크게 제한되는 것은 아니며, 예컨대 두께가 0.2 내지 50 nm일 수 있고 장축이 300 내지 1,000 nm일 수 있으며, 보다 구체적으로 두께가 1 내지 30 nm일 수 있고 장축이 400 내지 800 nm일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. The size of the boron nitride nanosheet used in the present invention is not particularly limited, for example, the thickness may be 0.2 to 50 nm, the long axis may be 300 to 1,000 nm, and more specifically, the thickness may be 1 to 30 nm, The major axis may be 400 to 800 nm. However, this is only described as a specific example, of course, the present invention is not limited to this.

본 발명에서 사용되는 상기 셀룰로오스 나노섬유는 통상적으로 사용되는 것이라면 무방하며, 예컨대 폭이 1 내지 50 nm일 수 있고 길이가 1 내지 100 ㎛일 수 있으며, 보다 구체적으로 폭이 5 내지 40 nm일 수 있고 길이가 5 내지 50 ㎛일 수 있다. The cellulose nanofibers used in the present invention may be used as long as they are commonly used, for example, the width may be 1 to 50 nm, the length may be 1 to 100 μm, and more specifically, the width may be 5 to 40 nm. The length can be 5 to 50 μm.

구체적인 일 예로, 상기 셀룰로오스 나노섬유는 목재 또는 비목재 바이오매스에서부터 점점 작은 크기로 파쇄 해나가며 제조된 것일 수 있으며, 일 예로, 그라인더 또는 고압 균질기(high - pressure homogenizer)를 통해 제조된 것일 수 있다. 그라인더를 이용하여 셀룰로오스 나노섬유를 제조하는 방법은, 고정되어 있는 세라믹 디스크와 고속으로 회전하는 세라믹 디스크 사이에 셀룰로오스 원료 또는 이를 포함하는 혼합 현탁액을 넣어 이심력에 의해 디스크 안에서 양 옆으로 압축됨과 동시에 두 디스크의 양 옆에 달려있는 빠르게 회전하는 그라인딩 스톤에 의해 전단력과 마찰력을 받으면서 나노화가 이루어져 셀룰로오스 나노 섬유를 제조하는 방법이 예시될 수 있다. 고압 균질기를 이용하여 셀룰로오스 나노섬유를 제조하는 방법은, 셀룰로오스 원료 또는 이를 포함하는 혼합 현탁액을 고압 균질기에 넣어 균질화시키며, 이때 높은 압력으로 인해 섬유들이 얇은 슬릿을 고속으로 지나가면서 강한 전단력과 충격력을 받아 나노화되어 셀룰로오스 나노섬유를 제조하는 방법이 예시될 수 있다. 이 외에도 초미세 마찰 분쇄기(super mass collider), 에어 젯트 밀(air-jet mill), 초음파 파쇄기(ultrasonic homogenizer) 등을 이용하여 셀룰로오스 원료 또는 이를 포함하는 혼합 현탁액의 셀룰로오스에 강한 전단력과 충격력을 인가하여 셀룰로오스 나노섬유를 제조하는 방법이 예시될 수 있다. As a specific example, the cellulose nanofibers may be manufactured by crushing the wood or non-wood biomass to an increasingly small size, for example, a grinder or a high-pressure homogenizer. . In the method of manufacturing cellulose nanofibers using a grinder, the cellulose raw material or a mixed suspension containing the same is placed between a fixed ceramic disk and a ceramic disk rotating at high speed, and compressed at both sides in the disk by eccentric force. A method of producing cellulose nanofibers may be exemplified by being nanoized while being subjected to shearing force and frictional force by a rapidly rotating grinding stone hanging on both sides of the disk. In the method of manufacturing cellulose nanofibers using a high pressure homogenizer, the cellulose raw material or a mixed suspension containing the same is homogenized by putting it in a high pressure homogenizer. A method of producing nanocellulose cellulose nanofibers may be exemplified. In addition to this, a strong shear force and impact force are applied to the cellulose of the cellulose raw material or a mixed suspension containing the same by using a super mass collider, an air-jet mill, or an ultrasonic homogenizer. A method of manufacturing cellulose nanofibers can be exemplified.

상기 혼합 현탁액은 셀룰로오스 원료 및 용매를 포함하며, 상기 용매는 물 및 이온성 액체 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때 용매는 혼합 현탁액 전체 중량에 대하여 60 ~ 90 중량%로 포함하는 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로 70 내지 80 중량%를 포함하는 것일 수 있으며, 잔량은 셀룰로오스 원료 또는 셀룰로오스의 함량이다. 상기 이온성 액체는 크게 제한되지 않으나, 예컨대, 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움, 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움 클로라이드 및 1-부틸-3-메틸 이미다졸리움 브로마이드에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물을 사용함으로써 셀룰로오스 나노섬유를 더욱 효율적으로 제조할 수 있다. The mixed suspension includes a cellulose raw material and a solvent, and the solvent may include any one or more selected from water and ionic liquids. At this time, the solvent may be 60 to 90% by weight based on the total weight of the mixed suspension, and more specifically, may include 70 to 80% by weight, and the residual amount is the content of the cellulose raw material or cellulose. The ionic liquid is not particularly limited, for example, any one selected from 1-butyl-3-methyl imidazolium, 1-butyl-3-methyl imidazolium chloride and 1-butyl-3-methyl imidazolium bromide Cellulose nanofibers can be produced more efficiently by using one or more mixtures.

상기 혼합 현탁액은 셀룰로오스 원료 또는 셀룰로오스를 상기 용매에 침지한 후 50 내지 100℃에서 3 내지 24 시간, 더욱 좋게는 60 내지 90℃에서 4 내지 10 시간 동안 교반 공정 또는 교반과 분쇄 공정을 거침으로써 수행되는 것일 수 있다. 이렇게 제조된 셀룰로오스 나노섬유를 포함하는 혼합 현탁액을 건조, 필터 등을 통한 용매 제거 공정을 거쳐 셀룰로오스 나노섬유를 제조할 수 있다. The mixed suspension is carried out by immersing a cellulose raw material or cellulose in the solvent for 3 to 24 hours at 50 to 100°C, more preferably for 4 to 10 hours at 60 to 90°C, or through agitation and crushing processes. May be The mixed suspension containing the cellulose nanofibers thus prepared may be dried, and the cellulose nanofibers may be manufactured through a solvent removal process through a filter.

상기 셀룰로오스 나노섬유의 구체적 제조 방법은 공지된 다양한 문헌을 참고할 수 있으므로 제한되지 않으며, 일 예로, 일본공개특허공보 제2010-235679호, 일본공개특허공보 제2012-214717호 등을 참조할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. The specific method of manufacturing the cellulose nanofibers is not limited because it can refer to various well-known documents. For example, refer to Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2010-235679, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2012-214717, and the like. It goes without saying that the present invention is not limited to this.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법은, 상기 a) 단계와 상기 b) 단계 사이에, 상기 BNNS-CNF 분산액을 탈기하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 탈기 과정을 거침으로써, 건조 과정에서 필름 형성 시 미세 기포에 의한 기공 형성을 방지할 수 있어, 산소 차단 특성을 더 향상시킬 수 있다. The method for producing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention may further include a step of degassing the BNNS-CNF dispersion between steps a) and b). By passing through this degassing process, it is possible to prevent the formation of pores due to micro bubbles during film formation in the drying process, thereby further improving the oxygen blocking properties.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 분산액은 메틸셀룰로오스 또는 이의 유도체, 예를 들어 카르복시메틸셀룰로오스 등을 더 포함할 수 있으며, 이를 더 포함할 경우, 물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 5 중량부로 포함될 수 있다. 메틸셀룰로오스 또는 이의 유도체를 더 포함하여 제조될 경우, 메틸셀룰로오스는 물에 용해된 상태에서 물에 분산된 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유와 함께 건조됨으로써, b) 단계의 건조 과정에서 농도 증가에 따라 발생할 수 있는 분산 안정성 저하를 더욱 극소화하여, 보다 낮은 산소 투과율을 갖는 복합 필름의 제조가 가능하다. In one example of the present invention, the dispersion may further include methyl cellulose or a derivative thereof, for example, carboxymethyl cellulose, and when further included, it may be included in 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of water. have. When prepared by further comprising methyl cellulose or a derivative thereof, methyl cellulose is dried with boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers dispersed in water in a state dissolved in water, thereby increasing concentration in the drying process of step b). By further minimizing the dispersion stability that may occur, it is possible to manufacture a composite film having a lower oxygen permeability.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유의 중량비는 전술한 효과들이 구현될 수 있을 정도라면 크게 제한되지 않으나, 예컨대 0.1:99.9~10:90, 바람직하게는 0.5:99.5~8:92, 보다 바람직하게는 1:99~5:95일 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되지 않음은 물론이다. The weight ratio of boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers of the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention is not particularly limited as long as the above-described effects can be realized, for example, 0.1:99.9~10:90, Preferably it may be 0.5:99.5 to 8:92, more preferably 1:99 to 5:95. However, this is only described as a preferred example, of course, the present invention is not limited to this.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름은 전술한 바와 같이, 신장 특성의 실질적인 감소 없이 탄성률 및 인장 강도 등의 특성이 향상된 효과 및 높은 광투과율 효과를 가진다. 상기 복합 필름은 신율이 4% 이상이고 영률이 4.8 GPa 이상이며 인장강도가 90 MPa 이상일 수 있으며, 구체적으로, 연신율이 4 내지 15%일 수 있고, 영률이 4.8 내지 15.0 GPa일 수 있으며, 인장강도가 90 내지 130 MPa일 수 있다. As described above, the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention has an effect of improving properties such as elastic modulus and tensile strength and a high light transmittance effect without substantially reducing elongation properties. The composite film has an elongation of 4% or more, a Young's modulus of 4.8 GPa or more, a tensile strength of 90 MPa or more, and specifically, an elongation of 4 to 15%, a Young's modulus of 4.8 to 15.0 GPa, and a tensile strength. May be 90 to 130 MPa.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름은 전술한 바와 같이, 높은 산소 차단 특성을 가지며, 구체적으로, 산소 투과율이 15 ㎖/m2/day 이하일 수 있고, 바람직하게는 12 ㎖/m2/day 이하인 복합 필름일 수 있으며, 구체적으로 1 내지 15 ㎖/m2/day, 보다 구체적으로 1 내지 12 ㎖/m2/day인 복합 필름일 수 있다.As described above, the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention has a high oxygen blocking property, and specifically, may have an oxygen permeability of 15 ml/m 2 /day or less, preferably 12 ml/ It may be a composite film of m 2 /day or less, specifically 1 to 15 ml/m 2 /day, and more specifically 1 to 12 ml/m 2 /day.

본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름은 영률, 연신율, 인장강도 등의 기계적 특성, 광학적 특성 및 생체 적합성이 우수하여, 다양한 필름 용도로 사용될 수 있으며, 특히 산소 차단 특성이 매우 우수하여, 식품 또는 의약품의 산소 차단을 위한 포장 용도로 사용되는 것이 더 바람직할 수 있다. 구체적인 일 예로, 보관 과정에서 산소 차단이 더욱 중요한 육류, 치즈 등의 식품군의 경우에도 사용할 수 있다. The boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention has excellent mechanical properties, such as Young's modulus, elongation, and tensile strength, optical properties, and biocompatibility, and can be used for various film applications, particularly excellent in oxygen blocking properties Therefore, it may be more preferable to be used for packaging purposes for oxygen blocking of food or pharmaceutical products. As a specific example, it can be used in the case of food groups such as meat and cheese, where oxygen blocking is more important during storage.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but these are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

질화붕소 나노시트의 제조Preparation of boron nitride nanosheets

반경비(η=Ri/Ro=0.92) 및 종횡비(Γ=L/d=2.3)를 갖는 2 개의 동심 내측 및 외측 스테인레스강 실린더로 구성된 테일러-쿠에트(Taylor-Couette, TC) 반응기에 질화붕소를 투입하고 반응시켜, 질화붕소를 박리 및 기능화시켜 질화붕소 분말을 제조하였다.(상기 반경비에서 Ri는 내부 실린더의 반경이고, Ro는 외부 실린더의 반경이며, 상기 종횡비에서, L은 실린더의 길이이고, d는 외부 실린더의 직경이다.)In a Taylor-Couette (TC) reactor consisting of two concentric inner and outer stainless steel cylinders with radius ratio (η=R i /R o =0.92) and aspect ratio (Γ=L/d=2.3) Boron nitride was added and reacted to remove and functionalize boron nitride to prepare boron nitride powder.(In the radius ratio, R i is the radius of the inner cylinder, R o is the radius of the outer cylinder, and in the aspect ratio, L Is the length of the cylinder, d is the diameter of the outer cylinder.)

상기 질화붕소 분말을 탈이온수 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트(99.85:0.15 부피비)의 용액에 분산시켜, 질화붕소 분산액(30 mg/㎖)을 제조하였다. 상기 질화붕소 분산액을 테일러-쿠에트 반응기에 주입하고 1 시간 동안 반응시켰다. 반응된 질화붕소 분산액을 150 분 동안 원심분리하여 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트 및 미박리 질화붕소 나노시트를 제거하였다. 이렇게 수득된 질화붕소 나노시트 혼합액을 24 시간 동안 동결 건조하여 분말상의 질화붕소 나노시트(BNNS)를 제조하였다. The boron nitride powder was dispersed in a solution of deionized water and 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (99.85:0.15 volume ratio) to prepare a boron nitride dispersion (30 mg/ml). The boron nitride dispersion was injected into a Taylor-Cuet reactor and reacted for 1 hour. The reacted boron nitride dispersion was centrifuged for 150 minutes to remove 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate and unpeeled boron nitride nanosheets. The thus obtained mixture of boron nitride nanosheets was freeze-dried for 24 hours to prepare powdery boron nitride nanosheets (BNNS).

그리고 질화붕소 나노시트 분산액 및 셀룰로오스 나노섬유 수성 분산액의 분산성과, 질화붕소 나노시트의 평균크기 및 다분산도를 후술하는 실험 방법을 통해 평가하였다. In addition, the dispersibility of the boron nitride nanosheet dispersion and the cellulose nanofiber aqueous dispersion, and the average size and polydispersity of the boron nitride nanosheet were evaluated through experimental methods described below.

질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조Preparation of boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film

도 1의 공정도에서와 같이, 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름을 제조하였으며, 이는 구체적으로 다음과 같다. As in the process diagram of Figure 1, a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film was prepared, which is specifically as follows.

상기 분말상의 질화붕소 나노시트를 탈이온수에 초음파 처리를 통해 분산시켜 제조된 질화붕소 나노시트 분산액(1.79 mg/㎖)을 준비하였다. 또한 미국의 Maine University로부터 입수한, 폭과 길이가 각각 50 nm 이하 및 수 ㎛인 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 수성 분산액(0.5 중량%)을 준비하였다. A dispersion of boron nitride nanosheets (1.79 mg/ml) prepared by dispersing the powdered boron nitride nanosheets in deionized water through ultrasonic treatment was prepared. In addition, an aqueous dispersion (0.5% by weight) of cellulose nanofibers (CNF) having a width and a length of 50 nm or less and several μm, respectively, obtained from Maine University, USA, was prepared.

상기 셀룰로오스 나노섬유 수성 분산액(CNF dispersion)에 상기 질화붕소 나노시트 분산액(BNNS dispersion)을 질화붕소 나노시트와 셀룰로오스 나노섬유의 중량비가 5:95가 되도록 하는 적정된 분산액의 함량비로 적하하고 고속 교반기(Ultraturrax T25, IKA, USA)를 사용하여 12,000 rpm으로 10 분간 혼합하였다. 이어서 초음파 세정기(SD-D400H, lklab Co., Korea)를 이용하여 20 분간 탈기(degassing)하여 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 현탁액을 수득하였다. 상기 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 현탁액 100 g을 폴리스티렌 페트리 접시(직경 150 mm)에 붓고 6 일 동안 상온 건조(ambient drying)시킨 후, 페트리 접시로부터 필름을 벗겨 내어, 질화붕소 나노시트를 5 중량%로 함유하는 균일한 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름(BNNS/CNF composite film)을 제조하였다. The boron nitride nanosheet dispersion (BNNS dispersion) was dropped into the cellulose nanofiber aqueous dispersion (CNF dispersion) at a proper ratio of the dispersion so that the weight ratio of the boron nitride nanosheet and cellulose nanofibers was 5:95, and a high-speed stirrer ( Ultraturrax T25, IKA, USA) was mixed for 10 minutes at 12,000 rpm. Subsequently, degassing was performed for 20 minutes using an ultrasonic cleaner (SD-D400H, lklab Co., Korea) to obtain a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber suspension. 100 g of the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber suspension was poured into a polystyrene petri dish (150 mm in diameter), dried at ambient temperature for 6 days, and then peeled off the film from the petri dish to give the boron nitride nanosheet 5 weight. A uniform boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film (BNNS/CNF composite film) containing% was prepared.

그리고 상기 필름을 건조기(desiccator)에 보관한 후, 후술하는 실험 방법을 통해 산소 차단 특성, 인장 특성, 광학적 특성, 형태학적 특성, 세포 독성 특성을 평가하였다. Then, after the film was stored in a desiccator, oxygen blocking properties, tensile properties, optical properties, morphological properties, and cytotoxic properties were evaluated through an experimental method described later.

실시예 1에서 셀룰로오스 나노섬유 수성 분산액에 질화붕소 나노시트 분산액을 질화붕소 나노시트와 셀룰로오스 나노섬유의 중량비가 3:97이 되도록 하여 질화붕소 나노시트를 3 중량%로 함유하는 균일한 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다. A uniform boron nitride nanosheet containing 3% by weight of boron nitride nanosheets in a weight ratio of boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers to a dispersion of boron nitride nanosheets in an aqueous dispersion of cellulose nanofibers in Example 1 -It was carried out in the same manner as in Example 1, except that a cellulose nanofiber composite film was prepared.

실시예 1에서 셀룰로오스 나노섬유 수성 분산액에 질화붕소 나노시트 분산액을 질화붕소 나노시트와 셀룰로오스 나노섬유의 중량비가 1:99가 되도록 하여 질화붕소 나노시트를 1 중량%로 함유하는 균일한 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다. A uniform boron nitride nanosheet containing 1% by weight of boron nitride nanosheets in a weight ratio of boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers to a dispersion of boron nitride nanosheets in an aqueous dispersion of cellulose nanofibers in Example 1 -It was carried out in the same manner as in Example 1, except that a cellulose nanofiber composite film was prepared.

실시예 1에서 질화붕소 나노시트 제조 시 이온성 액체인 1-에틸-3-메틸이미다졸륨테트라플루오로보레이트 대신 계면활성제인 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate, SDS)를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다. In Example 1, the preparation of boron nitride nanosheets was carried out, except that sodium dodecyl sulfate (SDS), a surfactant, was used instead of 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, an ionic liquid. It was performed in the same manner as in Example 1.

그 결과, 실시예 4에서 제조된 복합 필름의 산소 투과율은 실시예 1의 경우인 4.7 ㎖/m2/day와 비교하여 10 ㎖/m2/day 이상으로서 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 실시예 1의 경우가 이온성 액체를 이용함에 따라, 실시예 4의 계면활성제를 이용한 경우와 비교하여 질화붕소 나노시트의 박리 및 분산성이 현저히 향상된 것에 따른 것으로 판단된다.As a result, it was confirmed that the oxygen permeability of the composite film prepared in Example 4 was significantly higher than 10 ml/m 2 /day compared to 4.7 ml/m 2 /day in Example 1. This is considered to be due to the significantly improved peeling and dispersibility of the boron nitride nanosheet as compared to the case of using the surfactant of Example 4, as the case of Example 1 uses an ionic liquid.

[비교예 1][Comparative Example 1]

실시예 1의 셀룰로오스 나노섬유 수성 분산액 100 g을 폴리스티렌 페트리 접시(직경 150 mm)에 붓고 상온 및 상압 조건 하에서 6 일 동안 건조시킨 후, 페트리 접시에서 필름을 벗겨내어 셀룰로오스 나노섬유 필름(CNF film)을 제조하였다. 100 g of the cellulose nanofiber aqueous dispersion of Example 1 was poured into a polystyrene petri dish (150 mm in diameter) and dried under normal temperature and pressure conditions for 6 days, and then the film was peeled off the petri dish to make a cellulose nanofiber film (CNF film). It was prepared.

그리고 상기 필름을 건조기(desiccator)에 보관한 후, 실시예 1과 동일한 방법으로 각 특성을 평가하였다. And after storing the film in a dryer (desiccator), each property was evaluated in the same manner as in Example 1.

[비교예 2][Comparative Example 2]

실시예 1에서 분말상의 질화붕소 나노시트를 탈이온수 대신 이소프로필알코올에 초음파 처리를 통해 분산시켜 제조된 질화붕소 나노시트 분산액을 사용한 것과, 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 현탁액을 상온 건조 대신 감압 건조 및 여과하여 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름을 제조한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 수행하였다. In Example 1, the boron nitride nanosheet dispersion prepared by dispersing the boron nitride nanosheet in powder form through ultrasonic treatment in isopropyl alcohol instead of deionized water, and drying the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber suspension under reduced pressure instead of drying at room temperature And it was carried out in the same manner as in Example 1, except that a nanosheet-cellulose nanofiber composite film was produced by filtration.

그 결과, 비교예 2의 복합 필름은 실시예 1의 경우와 비교하여 산소 투과율이 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다. 이는 물 외의 분산매가 더 사용되고 극저압 상태에서 건조됨에 따라, 건조 과정에서 상분리 구조 및 핀홀의 형성을 유발함에 따른 것으로 판단된다. As a result, it was confirmed that the composite film of Comparative Example 2 had a significantly higher oxygen transmittance than that of Example 1. This is considered to be caused by the formation of a phase separation structure and pinholes in the drying process, as a dispersion medium other than water is further used and dried in an extremely low pressure state.

<질화붕소 나노시트의 평균크기 및 다분산도 평가><Evaluation of average size and polydispersity of boron nitride nanosheets>

실시예 1에서 제조된 질화붕소 나노시트의 평균크기 및 다분산도를 다음의 방법으로 측정하였다. The average size and polydispersity of the boron nitride nanosheets prepared in Example 1 were measured by the following method.

구체적으로, 나노미터 단위의 두께를 가지는 상기 질화붕소 나노시트 입자의 평균크기 및 다분산도는 제타사이저(zeta sizer), 주사전자현미경 및 투과전자현미경을 사용하여 측정되었으며 이의 결과는 도 2에 도시되어 있다. Specifically, the average size and polydispersity of the boron nitride nanosheet particles having a thickness in nanometers were measured using a zeta sizer, a scanning electron microscope and a transmission electron microscope, and the results are shown in FIG. 2. It is shown.

그 결과, 도 2의 (a)에서와 같이, 질화붕소 나노시트 입자의 제타 평균크기 및 다분산도(polydispersity, PDI)는 각각 1084 nm 이하 및 0.85 이하였다. 입자의 크기는 구 상당 유체 역학적 지름(hydrodynamic diameter of an equivalent sphere)으로 표현될 수 있다. 따라서 제타 평균크기는 나노시트의 가장 긴 길이와 유사할 것이므로, 상대적으로 낮은 다분산도는 테일러-쿠에트 반응기를 통한 박리가 균일한 크기의 질화붕소 나노시트 입자를 생성시키는 것으로 해석될 수 있다. 아울러 입자 길이가 1,000 nm를 초과하는 질화붕소 나노시트를 포함하는 수용액일 경우, 이는 반투명한 색을 유발하는 주된 원인이 된다. As a result, as shown in FIG. 2(a), the average zeta size and polydispersity (PDI) of the boron nitride nanosheet particles were 1084 nm or less and 0.85 or less, respectively. The particle size can be expressed as a hydrodynamic diameter of an equivalent sphere. Therefore, since the average zeta size will be similar to the longest length of the nanosheet, the relatively low polydispersity can be interpreted as peeling through the Taylor-Cuet reactor to produce boron nitride nanosheet particles of uniform size. In addition, in the case of an aqueous solution containing a boron nitride nanosheet having a particle length exceeding 1,000 nm, this is a major cause of translucent color.

도 2의 (b)의 주사전자현미경 이미지로부터 질화붕소 나노시트 입자는 1 ㎛ 이하의 크기를 가지는 것을 확인할 수 있다. 또한 도 2의 (c)는 단일 질화붕소 나노시트 입자의 보다 확대된 투과전자현미경 이미지로, 반투명한 것을 확인할 수 있으며, 나노 단위의 입자 두께 때문에 전자빔이 질화붕소 나노시트 입자를 통해 투과되었음을 의미한다. It can be seen from the scanning electron microscope image of FIG. 2B that the boron nitride nanosheet particles have a size of 1 μm or less. In addition, FIG. 2(c) is a more enlarged transmission electron microscope image of a single boron nitride nanosheet particle, and can be confirmed to be translucent, meaning that the electron beam was transmitted through the boron nitride nanosheet particle due to the particle thickness of the nano unit. .

<질화붕소 나노시트 분산액 및 셀룰로오스 나노섬유 수성 분산액의 분산성 평가><Dispersion evaluation of boron nitride nanosheet dispersion and cellulose nanofiber aqueous dispersion>

도 3 (A)의 이미지에서와 같이, 질화붕소 나노시트 분산액은 반투명한 반면, 도 3 (B)에서와 같이 셀룰로오스 나노섬유 수성 분산액은 흰색으로 불투명하였다. 또한 질화붕소 나노시트 분산액의 경우 1 년이 경과한 시점에서도 질화붕소 나노시트 입자 및 셀룰로오스 나노섬유 입자가 침전되지 않았으며, 이는 두 입자가 수용액에서 안정하게 분산되었음을 의미한다. 셀룰로오스 나노섬유 분산액의 경우 불투명한 이유는, 셀룰로오스 나노섬유는 표면 전하를 가지지 않기 때문에 수용액 상에서 부분적으로 응집되어 불투명 분산을 일으키는 것에 기인한다. As shown in the image of FIG. 3(A), the dispersion of boron nitride nanosheets was translucent, while the aqueous dispersion of cellulose nanofibers was opaque as in FIG. 3(B). In addition, in the case of the dispersion of boron nitride nanosheets, boron nitride nanosheet particles and cellulose nanofiber particles did not precipitate even after one year had passed, which means that the two particles were stably dispersed in an aqueous solution. In the case of the cellulose nanofiber dispersion, the opaque reason is that the cellulose nanofibers do not have a surface charge and are partially agglomerated in an aqueous solution to cause an opaque dispersion.

<필름 특성 평가><Evaluation of film characteristics>

1. 산소 차단 특성 실험1. Experiment of oxygen blocking properties

실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 필름의 산소 투과율(Oxygen transmission rate, OTR)은 자동화된 산소 투과성 시험기(Lyssy L100-5000, Systech Instruments Ltd, UK)로 측정되었다. 구체적으로, 상기 측정은, 각 필름의 테스트 영역을 65 cm2로 하고, ASTM D3985 표준 프로토콜에 따라 고순도 산소 가스(99.999 %)를 사용하여 23℃ 및 50%의 상대 습도에서 수행되었다.The oxygen transmission rate (OTR) of the films prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was measured by an automated oxygen permeability tester (Lyssy L100-5000, Systech Instruments Ltd, UK). Specifically, the measurement was performed at 23° C. and 50% relative humidity using high purity oxygen gas (99.999%) according to ASTM D3985 standard protocol, with the test area of each film being 65 cm 2 .

그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 비교예 1에서 제조된 셀룰로오스 나노섬유 필름은 19.08 cc/m2/day의 산소 투과율을 나타내었으며, 이는 대부분의 식품, 의약품 등의 포장 분야에서 사용하기에 충분하지 않은 값이다. 셀룰로오스 나노섬유 필름의 이상적인 공정 조건에서의 이론적인 산소 투과율은 1 cc/m2/day 정도로 알려져 있으나, 제조 공정에서 건조에 의한 유도된 모세관력은 필름에 핀홀을 초래하며, 따라서 이론적인 값과는 수 배~수 십 배 정도 차이날 수 있다.As a result, as shown in Figure 4, the cellulose nanofiber film prepared in Comparative Example 1 exhibited an oxygen permeability of 19.08 cc/m 2 /day, which is for use in packaging fields such as most foods and medicines. This is not enough. The theoretical oxygen permeability under the ideal process conditions of cellulose nanofiber films is known to be about 1 cc/m 2 /day, but the induced capillary force caused by drying in the manufacturing process causes pinholes in the film, and thus the theoretical value It can be several to tens of times different.

반면 실시예 1에서 제조된 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 산소 투과율은 4.7 cc/m2/day였으며, 이는 육류 및 치즈용 포장 필름으로 사용하기에 적합한 값이다.On the other hand, the oxygen permeability of the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film prepared in Example 1 was 4.7 cc/m 2 /day, which is a value suitable for use as a packaging film for meat and cheese.

2. 인장 특성 실험2. Experiment of tensile properties

실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에서 제조된 필름에 대하여 인장 특성(Tensile propertiy), 구체적으로, 영률(Young's modulus), 인장강도(tensile strengths) 및 연신율(elongations)을 정량적으로 시험하였으며, 1000 N로드 셀을 가지는 만능 시험기(Instron 5943, Instron Corp., USA)로 수행되었다. 이때 필름은 dog-bone 모양으로 절단되었으며, 시험 면적은 길이 26.5 mm, 폭 3.2 mm, 두께 70.0 ㎛였다. 시험은 상온에서 1 mm/분의 변형율 속도로 수행되었으며, 총 세 개의 표본을 테스트하였다. Tensile propertiy, specifically, Young's modulus, tensile strengths and elongations were quantitatively tested for the films prepared in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1, It was performed with a universal testing machine with 1000 N load cells (Instron 5943, Instron Corp., USA). At this time, the film was cut into a dog-bone shape, and the test area was 26.5 mm long, 3.2 mm wide, and 70.0 μm thick. The test was performed at a strain rate of 1 mm/min at room temperature, and a total of three specimens were tested.

그 결과, 도 5에서와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3의 복합 필름의 경우, 질화붕소 나노시트의 함량이 증가할수록 연신율은 실질적으로 유의한 변화가 없으면서, 영률(탄성계수)과 인장강도 모두 현저히 증가하였다. 구체적으로, 실시예 1의 복합 필름의 경우는 비교예 1의 필름과 비교하여 각각 약 1.52 배 및 1.19 배 더 높았다. 이러한 결과는 2 차원 기하 구조를 가지는 질화붕소 나노시트의 첨가에 따른 기계적 성질의 향상으로 볼 수 있다. As a result, as shown in FIG. 5, in the case of the composite films of Examples 1 to 3, as the content of the boron nitride nanosheet increases, the elongation does not change substantially, and both the Young's modulus (elastic modulus) and tensile strength Significantly increased. Specifically, the composite film of Example 1 was about 1.52 times and 1.19 times higher than the film of Comparative Example 1, respectively. These results can be seen as an improvement in mechanical properties according to the addition of boron nitride nanosheets having a two-dimensional geometric structure.

재료에 강화 충진제를 첨가하여 복합 재료를 제조하는 대부분의 경우, 강화 충진제는 인장강도를 향상시키지만 신율은 감소시키는 것으로 알려져 있으며, 이는 충진제가 첨가된 복합 재료는 높은 강도를 가지지만 부서지기 쉬움을 의미한다. In most cases where a composite material is prepared by adding a reinforcing filler to a material, the reinforcing filler is known to improve tensile strength but decrease elongation, which means that the composite material added with a filler has high strength but is brittle. do.

즉, 본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름은 신축성을 손상시키지 않으면서 비교예 1의 셀룰로오스 나노섬유 필름보다 강도 및 강성이 향상되었으며, 이러한 효과는 종래 복합 재료와 비교하여 현저한 효과임을 알 수 있다. 이러한 결과는 질화붕소 나노시트와 셀룰로오스 나노섬유가 서로 우수한 접착 특성을 가짐에 따른 것에 기인하는 것으로 판단된다. That is, the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention has improved strength and stiffness than the cellulose nanofiber film of Comparative Example 1 without impairing elasticity, and these effects are remarkable compared to conventional composite materials. You can see that These results are believed to be attributable to the fact that the boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers have excellent adhesion properties to each other.

3. 광학적 특성3. Optical properties

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 필름의 광 투과율 스펙트럼을 UV-vis 분광 광도계(UV-2600, Shimadzu, Japan)를 사용하여 400~800 nm에서 측정하였다. The light transmittance spectrum of the films prepared in Example 1 and Comparative Example 1 was measured at 400 to 800 nm using a UV-vis spectrophotometer (UV-2600, Shimadzu, Japan).

도 6은 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 필름의 광 투과율 스펙트럼으로, 이로부터 질화붕소 나노시트의 첨가에 따른 복합 재료의 광 투과율에 대한 영향이 매우 미미한 정도로의 최소한의 영향만을 나타내었다. 6 is a light transmittance spectrum of the films prepared in Example 1 and Comparative Example 1, from which the effect of the composite material on the light transmittance according to the addition of the boron nitride nanosheet is very minimal.

따라서 본 발명에 따른 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 질화붕소 나노시트의 첨가에 따른 색 변화는 무시할 정도임을 알 수 있다. Therefore, it can be seen that the color change due to the addition of the boron nitride nanosheet of the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film according to the present invention is negligible.

4. 형태학적 특성4. Morphological characteristics

실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 필름의 구조 및 형태는 EDAX / TSL의 OIMTM 기술이 장착된 전계방출주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM, MIRA 3 XMU, TESCAN, 체코)을 사용하여 가속 전압 10 kV에서 측정되었다. 이때 측정을 위해 각 필름 위에 백금(Pt)을 진공 스퍼터링하여 시험하였다. The structure and morphology of the films prepared in Example 1 and Comparative Example 1 are Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM, MIRA 3 XMU, TESCAN, Czech Republic) equipped with OIMTM technology of EDAX / TSL. The acceleration voltage was measured at 10 kV. At this time, for measurement, platinum (Pt) was tested by vacuum sputtering on each film.

그 결과, 도 7의 (A)에서와 같이, 비교예 1의 필름의 SEM 이미지에는 나노섬유(nanofibril) 구조를 가지는 셀룰로오스 나노섬유 필름의 전형적인 표면 형태를 나타냈다. As a result, as shown in Figure 7 (A), the SEM image of the film of Comparative Example 1 shows a typical surface morphology of the cellulose nanofiber film having a nanofiber (nanofibril) structure.

상기 광학적 특성의 결과와 마찬가지로, 도 7의 (B)에서와 같이, 실시예 1의 복합 필름의 SEM 이미지는 비교예 1의 필름의 경우와 유사한 형태를 나타내어, 질화붕소 나노시트의 첨가가 셀룰로오스 나노섬유 필름의 표면 형태에 유의한 영향을 미치지 않았음을 알 수 있다. 또한 질화붕소 나노시트 입자는 실시예 1의 복합 필름의 SEM 이미지에서 관찰되지 않았다. As in the result of the optical properties, as shown in (B) of FIG. 7, the SEM image of the composite film of Example 1 shows a similar shape to that of the film of Comparative Example 1, so that the addition of the boron nitride nanosheet is cellulose nano It can be seen that there was no significant effect on the surface morphology of the fiber film. In addition, boron nitride nanosheet particles were not observed in the SEM image of the composite film of Example 1.

<세포 독성 특성><Cytotoxicity characteristics>

실시예 1 및 비교예 1의 필름에 대한 세포 독성 시험은 각 필름의 표면에서 수행되었으며, 구체적으로 이는 다음과 같다. 24-well 플레이트와 동일한 직경을 갖는 완전히 팽창된 필름 디스크를 12 시간 동안 에탄올에 담그고 셀 시드 전에 인산완충식염수( Phosphate buffered saline, PBS)로 세척하였다. 마우스 조골 세포주(mouse pre-osteoblast cell line)(MC3T3-E1)를 37℃에서 10% 소태아 혈청( Hyclone, FBS)과 1% 페니실린/스트렙토마이신(Hyclone)을 첨가한 최소 필수 배지-α(minimal essential medium-alpha, MEM-α; Hyclone)에서, 5% CO2 및 95% 공기의 가습 분위기 및 30℃에서 0.2% trypsin-EDTA (Hyclone)를 사용하여 subconfluent 세포를 분리하고 trypan blue assay를 사용하여 생존 세포수를 계산하였다. 세포는 well 당 약 3×104 세포의 밀도로 24-웰 플레이트에서 대조군으로서 필름 및 비어있는 웰 상에 추가로 접종되고 3 일 동안 배양되었다. 배양 시간(0 내지 3 일)의 함수로서 생존 가능한 세포의 수를 비색 분석(CCK-8, Dojindo)을 통해 측정 하였다. 이때 생존 세포수는 450 nm에서 흡광도 값에 비례한다.Cytotoxicity tests for the films of Example 1 and Comparative Example 1 were performed on the surface of each film, specifically, as follows. A fully inflated film disc having the same diameter as a 24-well plate was immersed in ethanol for 12 hours and washed with phosphate buffered saline (PBS) before cell seeding. Minimum pre-osteoblast cell line (MC3T3-E1) supplemented with 10% fetal bovine serum (Hyclone, FBS) and 1% penicillin/streptomycin (Hyclone) at 37°C. In essential medium-alpha, MEM-α; Hyclone), subconfluent cells were isolated using a humidified atmosphere of 5% CO 2 and 95% air and 0.2% trypsin-EDTA (Hyclone) at 30°C and using trypan blue assay. The number of viable cells was counted. Cells were further seeded on films and empty wells as controls in 24-well plates at a density of about 3 x 10 4 cells per well and incubated for 3 days. The number of viable cells as a function of culture time (0 to 3 days) was measured by colorimetric analysis (CCK-8, Dojindo). The number of viable cells is proportional to the absorbance value at 450 nm.

그 결과, 도 8에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 셀룰로오스 나노섬유 필름과 비교하여, 실시예 1의 질화붕소 나노시트가 도입된 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 세포 독성에 대한 유의한 차이는 없는 것으로 사료된다. As a result, as shown in Figure 8, compared to the cellulose nanofiber film of Comparative Example 1, the boron nitride nanosheet of Example 1 is introduced, the significance of the cytotoxicity of the nanosheet-cellulose nanofiber composite film There is no difference.

Claims (11)

a) 수상에서 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유를 혼합 및 분산하여 분산액을 제조하는 단계 및
b) 상기 분산액을 건조하여 복합 필름을 제조하는 단계
를 포함하는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법.
a) mixing and dispersing boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers in an aqueous phase to prepare a dispersion, and
b) drying the dispersion to prepare a composite film
Method for producing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film comprising a.
제1항에 있어서,
상기 a) 단계에서, 분산액은 물, 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유를 포함하며,
상기 분산액은 물 100 중량부에 대하여 질화붕소 나노시트 0.05 내지 1 중량부 및 셀룰로오스 나노섬유 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
In step a), the dispersion includes water, boron nitride nanosheets, and cellulose nanofibers,
The dispersion is a method for producing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film comprising 0.05 to 1 part by weight of boron nitride nanosheets and 0.1 to 5 parts by weight of cellulose nanofibers with respect to 100 parts by weight of water.
제1항에 있어서,
상기 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법은,
상기 a) 단계 이전에,
이온성 액체를 포함하는 분산매에 질화붕소 분말을 분산한 후 반응시켜 질화붕소 나노시트를 제조하는 단계를 더 포함하는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film,
Before step a),
A method of manufacturing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film, further comprising dispersing the boron nitride powder in a dispersion medium containing an ionic liquid and reacting to prepare a boron nitride nanosheet.
제1항에 있어서,
상기 b) 단계에서, 건조는 상압에서 수행되는 자연 건조인 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
In the step b), drying is a method of manufacturing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film, which is natural drying performed at normal pressure.
제4항에 있어서,
상기 b) 단계에서, 건조는 5 내지 35℃에서 수행되는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법.
According to claim 4,
In step b), drying is carried out at 5 to 35° C., a method for producing a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film.
제1항에 있어서,
상기 질화붕소 나노시트는 두께가 0.2 내지 50 nm이고 장축이 300 내지 1,000 nm인 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름의 제조 방법.
According to claim 1,
The method of manufacturing the boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film having a thickness of 0.2 to 50 nm and a long axis of 300 to 1,000 nm.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 제조 방법으로 제조되는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름. A boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film produced by the method of any one of claims 1 to 6. 제7항에 있어서,
상기 복합 필름의 질화붕소 나노시트 및 셀룰로오스 나노섬유의 중량비는 0.1:99.9~10:90인 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름.
The method of claim 7,
The weight ratio of boron nitride nanosheets and cellulose nanofibers of the composite film is 0.1:99.9-10:90 boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film.
제7항에 있어서,
상기 복합 필름은 연신율이 4% 이상이고 영률이 4.8 GPa 이상이며 인장강도가 90 MPa 이상인 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름.
The method of claim 7,
The composite film is a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film having an elongation of 4% or more, a Young's modulus of 4.8 GPa or more, and a tensile strength of 90 MPa or more.
제7항에 있어서,
상기 복합 필름의 산소 투과율은 15 ㎖/m2/day 이하인 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름.
The method of claim 7,
The oxygen permeability of the composite film is 15 ml/m 2 /day or less boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film.
제7항에 있어서,
상기 복합 필름은 식품 또는 의약품의 산소 차단을 위한 포장 용도로 사용되는 질화붕소 나노시트-셀룰로오스 나노섬유 복합 필름.
The method of claim 7,
The composite film is a boron nitride nanosheet-cellulose nanofiber composite film used for packaging for oxygen blocking of food or pharmaceuticals.
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