KR20230043744A - Method for manufacturing polylactic acid/nano cellulose composite, its composite manufactured thereby and film using the same - Google Patents

Method for manufacturing polylactic acid/nano cellulose composite, its composite manufactured thereby and film using the same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a polylactic acid (PLA)/nanocellulose composite, a composite manufactured therefrom, and a film containing the same. The PLA/nanocellulose composite of the present invention can stably and evenly disperse nanocellulose to a PLA matrix to form a composite and control the mechanical characteristics of the PLA according to the content of the nanocellulose through Pickering emulsion and a twin-screw extrusion process by utilizing nanocellulose as a reinforcing material and using the nanocellulose modified through chemical and physical methods.

Description

PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법, 그로부터 제조된 복합체 및 이를 포함하는 필름{METHOD FOR MANUFACTURING POLYLACTIC ACID/NANO CELLULOSE COMPOSITE, ITS COMPOSITE MANUFACTURED THEREBY AND FILM USING THE SAME}Manufacturing method of PLA/nano cellulose composite, composite produced therefrom, and film containing the same

본 발명은 폴리락트산(Polylactic acid, 이하 "PLA"라 함)/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법, 그로부터 제조된 복합체 및 이를 포함하는 필름에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 나노 셀룰로오스를 보강재로 활용하고, 화학적 및 물리적 방법을 통해 개질된 상기 나노 셀룰로오스를 이용하여 피커링 에멀젼(Pickering emulsion) 및 이축압출공정을 통해, PLA 매트릭스에 나노 셀룰로오스를 안정적으로 분산시켜 복합화한 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법, 그로부터 제조된 복합체 및 이를 포함하는 필름에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polylactic acid (hereinafter referred to as "PLA")/nanocellulose composite, a composite prepared therefrom, and a film including the same, and more specifically, to utilizing nanocellulose as a reinforcing material and chemical And a method for producing a PLA / nanocellulose composite in which nanocellulose is stably dispersed in a PLA matrix through a Pickering emulsion and a twin-screw extrusion process using the nanocellulose modified through a physical method, and a composite of PLA / nanocellulose composite prepared therefrom It relates to composites and films containing them.

합성플라스틱 및 석유화학(petrochemical) 기반 플라스틱 폐기물로 인한 환경 오염의 문제가 증가되면서 친환경적이고 재활용과 퇴비화가 가능한 생분해성 바이오 플라스틱에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. As the problem of environmental pollution due to synthetic plastic and petrochemical-based plastic waste increases, research on eco-friendly, recyclable and compostable biodegradable bioplastics is being actively conducted.

PLA는 옥수수 전분 등 식물로부터 유래되며 생분해성 뿐만 아니라 무독성, 생체적합성 등의 이점이 있기 때문에 기존 플라스틱을 대체할 수 있는 소재로서 많은 주목을 받고 있다. 그럼에도 불구하고 취성과 낮은 열적 안정성의 특성을 갖기 때문에 주로 의료 분야, 포장재 필름, 3D 프린터용 필라멘트 등 활용 범위가 제한적이다. PLA is derived from plants such as corn starch and has attracted much attention as a material that can replace existing plastics because it has advantages such as non-toxicity and biocompatibility as well as biodegradability. Nevertheless, because of its brittleness and low thermal stability, its application range is limited, mainly in the medical field, packaging film, and filament for 3D printers.

PLA의 기계적 특성과 열적 안정성을 개선하기 위해 가소화제의 첨가, 기타 고분자의 그래프팅(grafting), 강화재로서 무기 나노입자의 첨가를 비롯하여 유리섬유, 탄소섬유 등을 첨가하는 섬유강화복합재료 제작 등 많은 방안이 제시되었다.In order to improve the mechanical properties and thermal stability of PLA, there are many methods such as addition of plasticizers, grafting of other polymers, addition of inorganic nanoparticles as reinforcing materials, and fabrication of fiber-reinforced composites by adding glass fibers and carbon fibers. plan was presented.

특히, 무기 나노입자 및 섬유는 열적 특성이 매우 우수하다는 측면에서 복합체의 사용 후 열에 의한 분해가 어렵고 이로 인해 재활용이 어렵다는 단점이 있다.In particular, since inorganic nanoparticles and fibers have very excellent thermal properties, they are difficult to decompose by heat after use and, therefore, difficult to recycle.

최근에는 천연고분자인 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofiber, CNF)를 강화재로서 PLA와 복합화하는 연구들이 보고되고 있다. Recently, studies on combining cellulose nanofiber (CNF), a natural polymer, with PLA as a reinforcing material have been reported.

그 일례로 특허문헌 1에는 셀룰로오스의 표면 소수화 전처리 공정, 용융 혼련, 용액 혼합 공정 등을 요하지 않으며, 개선된 물성을 갖는 PLA 나노복합소재 제공을 제안하고 있다. As an example, Patent Document 1 proposes to provide a PLA nanocomposite material having improved physical properties without requiring a pretreatment process for hydrophobicity on the surface of cellulose, a melt kneading process, a solution mixing process, and the like.

또한, 비특허문헌 1에는 PLA/셀룰로오스 나노크리스탈 나노복합재의 물성에 대한 보고가 있다. In addition, in Non-Patent Document 1, there is a report on the physical properties of the PLA/cellulose nanocrystal nanocomposite.

셀룰로오스는 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 천연고분자로 생분해성, 생체적합성 등의 특성이 있을 뿐만 아니라 인장강도가 유리섬유, 탄소섬유와 매우 유사한 수준으로 높은 종횡비와 표면적을 가지는 CNF를 강화재로 사용할 경우 복합체의 외력을 효과적으로 분산시킬 수 있다. Cellulose is the most abundant natural polymer on earth. It has characteristics such as biodegradability and biocompatibility, and its tensile strength is very similar to that of glass fiber and carbon fiber. It has a high aspect ratio and surface area. of the external force can be effectively dispersed.

그러나 소수성의 PLA 매트릭스 내에 CNF가 분산될 때, CNF의 하이드록시기(-OH)에 의한 친수성으로 인해 CNF가 응집되어 기계적 특성과 열적 안정성이 오히려 저하될 수 있다. However, when CNF is dispersed in the hydrophobic PLA matrix, CNF is aggregated due to the hydrophilicity of the hydroxyl group (-OH) of CNF, and mechanical properties and thermal stability may rather deteriorate.

따라서 CNF 표면의 하이드록시기를 개질시키는 아세틸화, 에스터화, 실릴화 등을 통해 표면개질 후 PLA와의 복합체 제작 연구가 진행되고 있다. 이러한 CNF의 표면개질은 PLA 매트릭스 내 CNF의 분산성을 균일하게 할 수 있는 반면, CNF 간의 수소 결합의 세기를 약화시켜 최종 복합체의 기계적 특성 개선에 큰 효과를 얻지 못할 수 있다.Therefore, after surface modification through acetylation, esterification, silylation, etc. to modify the hydroxyl group on the surface of CNF, research on the preparation of composites with PLA is in progress. While such surface modification of CNFs can make the dispersibility of CNFs uniform in the PLA matrix, the strength of hydrogen bonds between CNFs may be weakened, so that a significant improvement in mechanical properties of the final composite may not be obtained.

복합체의 제작 방법으로는 용매를 사용하여 매트릭스 내 강화재를 분산시키는 방법, 압출을 통한 방법 등이 있으나, PLA는 소수성으로 인해 물에 용해되지 않아 수분산 시스템을 적용할 수 없고 PLA가 일반적인 유기용매에 용해되지 않기 때문에 PLA와 CNF를 구성성분으로 하는 복합체를 제작하기 위해선 압출을 통한 방법이 주로 사용된다. Methods for producing composites include a method of dispersing a reinforcing material in a matrix using a solvent and a method through extrusion. Since it is not soluble, the method through extrusion is mainly used to manufacture a composite composed of PLA and CNF.

그러나 압출을 통한 복합체 제작 시, PLA와 CNF간의 극성 차이로 인해 상 분리 현상이 발생하는데 이는 기계적 특성 저하의 원인이 된다.However, when the composite is manufactured through extrusion, phase separation occurs due to the difference in polarity between PLA and CNF, which causes a decrease in mechanical properties.

이에, 본 발명자들은 종래 문제점을 해소하기 위하여 노력한 결과, 나노 셀룰로오스 수분산액을 유기용매에 용해된 PLA 용액에 첨가하여 상기 PLA 매트릭스 내 나노 셀룰로오스가 포함된 액적을 에멀젼 용액으로 안정화시켜, PLA 표면의 적어도 일부 또는 전체에 나노 셀룰로오스가 균일하게 분산되어 상 분리없이 복합화된 PLA/나노 셀룰로오스 복합체를 제공하고 상기 제조된 복합체의 인장강도 및 연신율 등의 기계적 특성을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the inventors of the present invention have made efforts to solve the conventional problems, and as a result, by adding a nanocellulose aqueous dispersion to a PLA solution dissolved in an organic solvent to stabilize the droplets containing nanocellulose in the PLA matrix as an emulsion solution, at least the PLA surface The present invention was completed by providing a composite PLA/nanocellulose composite in which nanocellulose is uniformly dispersed in part or all without phase separation, and mechanical properties such as tensile strength and elongation of the composite prepared above are confirmed.

특허등록 제10-1946042호 (2019.04.17 공고)Patent Registration No. 10-1946042 (Announced on April 17, 2019)

Polymer (Korea), Vol. 42, No. 4, pp. 649-653 (2018)Polymer (Korea), Vol. 42, no. 4, p. 649-653 (2018)

본 발명의 일 목적은 소수성의 PLA와 친수성의 셀룰로오스 나노섬유를 복합화하기 위해 피커링 에멀젼(Pickering emulsion) 방법 및 이축압출공정을 기반으로 하는, PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a method for preparing a PLA/nanocellulose composite based on a Pickering emulsion method and a twin screw extrusion process to combine hydrophobic PLA and hydrophilic cellulose nanofibers.

본 발명의 다른 목적은 향상된 인장강도 및 연신율을 가지는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체 및 이를 포함하는 필름을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a PLA/nanocellulose composite having improved tensile strength and elongation, and a film comprising the same.

상기 목적을 달성하기 위한 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법은 유기용매에 용해된 PLA 용액 100 중량부에 대하여, 나노 셀룰로오스 수분산액 0.5 내지 10 중량부로 첨가하여, 상기 PLA 내 나노 셀룰로오스가 포함된 액적을 에멀젼 용액으로 안정화시키는 제1단계, 상기 에멀젼 용액을 건조하여 PLA 매트릭스 내에 나노 셀룰로오스가 분산된 복합소재를 형성하는 제2단계 및 상기 복합소재를 성형하는 제 3단계를 포함한다.A method for producing a PLA / nanocellulose composite to achieve the above object is to add 0.5 to 10 parts by weight of a nanocellulose aqueous dispersion based on 100 parts by weight of a PLA solution dissolved in an organic solvent to form droplets containing nanocellulose in the PLA A first step of stabilizing with an emulsion solution, a second step of drying the emulsion solution to form a composite material in which nanocellulose is dispersed in a PLA matrix, and a third step of molding the composite material.

상기 에멀젼 용액은 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형으로 안정화된 것이며, 상기 나노 셀룰로오스는 셀룰로오스 나노섬유 또는 셀룰로오스 나노결정에서 선택된 어느 하나 또는 혼합형태를 사용할 수 있다. The emulsion solution is stabilized in a water-in-oil (W/O) formulation, and the nanocellulose may be any one selected from cellulose nanofibers or cellulose nanocrystals, or a mixed form.

바람직하게는 상기 셀룰로오스 나노섬유는 숙신산 무수물과 반응시켜 석시닐화(succinylation) 또는 카르복실화(carboxylation)로 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정인 것이다. Preferably, the cellulose nanofibers are surface-modified cellulose nanofibers or surface-modified cellulose nanocrystals by reacting with succinic anhydride to undergo succinylation or carboxylation.

일 실시예에서, 상기 나노 셀룰로오스 수분산액은 셀룰로오스 나노섬유를 석시닐화 또는 카르복실화로 표면개질한 후, 물에 분산시켜 형성할 수 있다.In one embodiment, the nano-cellulose aqueous dispersion may be formed by surface-modifying cellulose nanofibers by succinylation or carboxylation and then dispersing them in water.

일 실시예에서, 상기 셀룰로오스 나노섬유를 숙신산 무수물과 반응시켜 상기 석시닐화 또는 카르복실화를 수행할 수 있다.In one embodiment, the succinylation or carboxylation may be performed by reacting the cellulose nanofibers with succinic anhydride.

일 실시예에서, 상기 나노 셀룰로오스 수분산액은 셀룰로오스 나노섬유를 석시닐화 또는 카르복실화로 표면개질한 후, ACC(aqueous counter collision) 방법을 이용하여 나노섬유화된 후, 물에 분산시켜 형성할 수 있다.In one embodiment, the nanocellulose aqueous dispersion may be formed by surface modification of cellulose nanofibers by succinylation or carboxylation, nanofiberization using an aqueous counter collision (ACC) method, and then dispersion in water.

일 실시예에서, 상기 셀룰로오스 나노섬유는 5 내지 7 nm의 직경을 가질 수 있다.In one embodiment, the cellulose nanofibers may have a diameter of 5 to 7 nm.

일 실시예에서, 상기 나노 셀룰로오스 함량은 PLA 전체 중량 대비 1 내지 3중량%일 수 있다.In one embodiment, the nano-cellulose content may be 1 to 3% by weight based on the total weight of PLA.

일 실시예에서, 상기 나노 셀룰로오스 함량은 PLA 전체 중량 대비 1.5 내지 2.5중량%일 수 있다.In one embodiment, the nano-cellulose content may be 1.5 to 2.5% by weight based on the total weight of PLA.

일 실시예에서, 상기 용매는 다이클로로메테인(DCM), 클로로포름(Chloroform), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 및 아세톤(acetone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.In one embodiment, the solvent may be any one selected from the group consisting of dichloromethane (DCM), chloroform, ethyl acetate, tetrahydrofuran, and acetone.

또한, 본 발명은 PLA 매트릭스 내에 나노 셀룰로오스가 분산되어 상 분리없이 복합화된 PLA/나노 셀룰로오스 복합체를 제공한다. In addition, the present invention provides a PLA/nanocellulose composite in which nanocellulose is dispersed in a PLA matrix and composited without phase separation.

상기에서 나노 셀룰로오스는 셀룰로오스 나노섬유 또는 셀룰로오스 나노결정에서 선택된 어느 하나 또는 혼합형태인 것이다. In the above, the nanocellulose is any one selected from cellulose nanofibers or cellulose nanocrystals, or a mixed form.

일 실시예에서, 상기 셀룰로오스 나노섬유는 석시닐화 또는 카르복실화된 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정인 것이다.In one embodiment, the cellulose nanofibers are succinylated or carboxylated surface-modified cellulose nanofibers or surface-modified cellulose nanocrystals.

일 실시예에서, 상기 나노 셀룰로오스 함량은 상기 PLA 전체 중량 대비 1 내지 3중량%일 수 있다.In one embodiment, the nano-cellulose content may be 1 to 3% by weight relative to the total weight of the PLA.

일 실시예에서, 상기 나노 셀룰로오스 함량은 상기 PLA 전체 중량 대비 1.5 내지 2.5중량%일 수 있다.In one embodiment, the nano-cellulose content may be 1.5 to 2.5% by weight based on the total weight of the PLA.

나아가, 본 발명은 상기 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법으로부터 제조된 기계적 특성이 우수한 PLA/나노 셀룰로오스 복합체를 포함한 필름을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a film including the PLA/nanocellulose composite having excellent mechanical properties prepared from the method for preparing the PLA/nanocellulose composite.

본 발명에 따르면, 나노 셀룰로오스가 PLA 매트릭스 내부에 고르게 분산되어 외부로부터 가해지는 인장력을 효과적으로 분산시킴으로써, 기계적 특성이 현저하게 향상된 PLA/나노 셀룰로오스 복합체를 제공할 수 있다.According to the present invention, the nanocellulose is evenly dispersed inside the PLA matrix to effectively disperse the tensile force applied from the outside, thereby providing a PLA/nanocellulose composite with remarkably improved mechanical properties.

도 1은 셀룰로오스 나노섬유의 석시닐화에 의한 전처리에 따른 특성을 평가한 결과로서 (a) 전처리되지 않은 순수한 셀룰로오스 나노섬유이고, (b) SA에 의해 석시닐화된 셀룰로오스 나노섬유 또는 석시닐화에 의해 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유이고, (c) SA 및 ACC 처리가 수행된 셀룰로오스 나노섬유의 분산액이고,
도 2는 PLA 대비 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF)의 함량 1중량%, 2중량% 및 3중량%에 따른 PLA/SCNF 에멀젼 용액이고,
도 3은 PLA/CNF 용액 및 PLA/SCNF 에멀젼 용액으로부터 제조된 필름의 단면 SEM 이미지이고,
도 4는 순수한 PLA 대비, 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 실시예 1, 3 및 5의 복합체 및 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 함량에 따라 제조된 실시예 6의 복합체에 대한 이미지이고,
도 5는 순수한 PLA 대비, 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 실시예 1 내지 5의 복합체 및 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 함량에 따라 제조된 실시예 6의 복합체에 대한 인장시험 결과이고,
도 6은 표면개질된 셀룰로오스 나노결정(SCNC) 함량에 따라 제조된 실시예 7 내지 9의 복합체에 대한 인장시험 결과이고,
도 7은 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 실시예 1, 3 및 5의 복합체들의 인장시험 전의 단면 SEM 이미지이고,
도 8은 도 7의 인장시험 후 파단면의 SEM 이미지이고,
도 9는 실시예 3의 에멀젼 용액의 공초점 현미경 이미지와 용매가 건조된 시트 단면의 SEM 이미지이고,
도 10은 비교예 2의 에멀젼 용액의 공초점 현미경 이미지와 용매가 건조된 시트 단면의 SEM 이미지이고,
도 11은 에멀전 제형에 따른 복합체의 기계적 물성 결과이다.
Figure 1 is a result of evaluating the characteristics of cellulose nanofibers according to pretreatment by succinylation (a) pure cellulose nanofibers without pretreatment, (b) cellulose nanofibers succinylated by SA or surface by succinylation (c) a dispersion of cellulose nanofibers subjected to SA and ACC treatment;
Figure 2 is a PLA / SCNF emulsion solution according to the content of 1% by weight, 2% by weight and 3% by weight of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) compared to PLA,
Figure 3 is a cross-sectional SEM image of a film prepared from a PLA / CNF solution and a PLA / SCNF emulsion solution,
4 is an image of the composites of Examples 1, 3, and 5 prepared according to the content of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) and the composite of Example 6 prepared according to the content of cellulose nanofibers (CNF), compared to pure PLA. ego,
5 is a tensile test result for the composites of Examples 1 to 5 prepared according to the content of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) and the composite of Example 6 prepared according to the content of cellulose nanofibers (CNF), compared to pure PLA. ego,
6 is a tensile test result for the composites of Examples 7 to 9 prepared according to the surface-modified cellulose nanocrystal (SCNC) content,
Figure 7 is a cross-sectional SEM image of the composites of Examples 1, 3 and 5 prepared according to the cellulose nanofiber (SCNF) content before tensile testing,
8 is a SEM image of the fracture surface after the tensile test of FIG. 7;
9 is a confocal microscope image of the emulsion solution of Example 3 and a SEM image of a cross-section of a sheet in which the solvent is dried;
10 is a confocal microscope image of the emulsion solution of Comparative Example 2 and a SEM image of a cross-section of a sheet in which the solvent is dried;
11 is a result of the mechanical properties of the composite according to the emulsion formulation.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 유기용매에 용해된 PLA 용액 100 중량부에 대하여, 나노 셀룰로오스 수분산액 0.5 내지 10 중량부로 첨가하여, 상기 PLA 내 나노 셀룰로오스가 포함된 액적을 에멀젼 용액으로 안정화시키는 제1단계, 상기 에멀젼 용액을 건조하여 PLA 매트릭스 내에 나노 셀룰로오스가 분산된 복합소재를 형성하는 제2단계 및 상기 복합소재를 성형하는 제 3단계를 포함한 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention is a first step of stabilizing droplets containing nanocellulose in the PLA as an emulsion solution by adding 0.5 to 10 parts by weight of a nanocellulose aqueous dispersion with respect to 100 parts by weight of the PLA solution dissolved in an organic solvent, the emulsion solution It provides a method for producing a PLA/nanocellulose composite including a second step of drying the composite material in which nanocellulose is dispersed in a PLA matrix and a third step of molding the composite material.

본 발명의 제조방법에 있어서, 제1단계에서 사용되는 나노 셀룰로오스는 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 천연고분자 중 하나로서, 본 발명에서는 PLA의 기계적 특성을 향상시키기 위한 보강재로 사용되며, 나노 셀룰로오스의 함량에 따라 PLA의 기계적 특성을 제어할 수 있다. In the manufacturing method of the present invention, nanocellulose used in the first step is one of the most abundant natural polymers on earth, and in the present invention, it is used as a reinforcing material to improve the mechanical properties of PLA, and the content of nanocellulose According to this, the mechanical properties of PLA can be controlled.

상기 나노 셀룰로오스는 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofiber, CNF) 또는 셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal, CNC)에서 선택된 어느 하나 또는 혼합형태로 사용할 수 있다. The nanocellulose may be used in any one selected from cellulose nanofiber (CNF) or cellulose nanocrystal (CNC), or in a mixed form.

바람직하게는 상기 나노 셀룰로오스는 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal, CNC)를 사용할 수 있다. 구체적으로, 숙신산 무수물과 반응시켜 석시닐화(succinylation) 또는 카르복실화(carboxylation)로 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정을 얻을 수 있다. Preferably, surface-modified cellulose nanofibers or surface-modified cellulose nanocrystals (CNC) may be used as the nano-cellulose. Specifically, cellulose nanofibers or surface-modified cellulose nanocrystals surface-modified by succinylation or carboxylation may be obtained by reacting with succinic anhydride.

본 발명의 실시예에서는 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofiber, CNF), 석시닐화된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 및 석시닐화된 셀룰로오스 나노결정(SCNC)를 일례로 설명하나, 이에 한정되지는 아니할 것이다. In the embodiment of the present invention, cellulose nanofibers (CNF), succinylated cellulose nanofibers (SCNF) and succinylated cellulose nanocrystals (SCNC) will be described as examples, but will not be limited thereto.

더욱 바람직하게는 상기 제1단계에서, 나노 셀룰로오스 수분산액은 상기 셀룰로오스 나노섬유를 석시닐화 또는 카르복실화로 표면개질한 후, 물에 분산시켜 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 석시닐화는 셀룰로오스 나노섬유를 숙신산 무수물(succinic anhydride, SA)과 반응시켜 수행된 것일 수 있다.More preferably, in the first step, the nano-cellulose aqueous dispersion may be formed by surface-modifying the cellulose nanofibers by succinylation or carboxylation and then dispersing them in water. For example, the succinylation may be performed by reacting cellulose nanofibers with succinic anhydride (SA).

일 실시예에서, 나노 셀룰로오스 수분산액은 셀룰로오스 나노섬유를 석시닐화 또는 카르복실화로 표면개질한 후, ACC(aqueous counter collision) 방법으로 처리하여 나노섬유화된 이후에, 물에 분산시켜 형성할 수 있다. In one embodiment, the nanocellulose aqueous dispersion may be formed by surface-modifying cellulose nanofibers by succinylation or carboxylation, and then dispersing in water to form nanofibers by treating them with an aqueous counter collision (ACC) method.

일 실시예에서, 상기 셀룰로오스 나노섬유는 약 1 내지 10nm 직경을 갖는 나노섬유일 수 있다. 이때, 셀룰로오스 나노섬유의 직경이 10nm를 초과하는 경우, 상기 에멀젼 용액의 상 분리(phase separation)를 효과적으로 억제하기 어려워 안정화된 에멀젼 용액을 제조하는 데 문제점이 발생할 수 있다. 이에 바람직하게는, 상기 방법에 의한 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유는 약 5 내지 7 nm의 직경을 가질 수 있다. In one embodiment, the cellulose nanofibers may be nanofibers having a diameter of about 1 to 10 nm. At this time, when the diameter of the cellulose nanofibers exceeds 10 nm, it is difficult to effectively inhibit phase separation of the emulsion solution, which may cause problems in preparing a stabilized emulsion solution. Preferably, the cellulose nanofibers surface-modified by the above method may have a diameter of about 5 to 7 nm.

상기 제1단계에서 상기 에멀젼 용액은 피커링 에멀젼(Pickering emulsion) 방식을 통해 제조될 수 있다. 피커링 에멀젼 방식은 계면활성제 대신 작은 고체 입자를 사용하여 소수성/친수성의 계면에서의 계면 장력을 감소시켜 안정화된 에멀젼을 제조하는 방법이다. In the first step, the emulsion solution may be prepared through a Pickering emulsion method. The Pickering emulsion method is a method of preparing a stabilized emulsion by reducing interfacial tension at a hydrophobic/hydrophilic interface using small solid particles instead of a surfactant.

본 발명에서는 상기 제1단계에서 소수성의 PLA 용액과 친수성의 나노 셀룰로오스 수분산액의 계면에서 상기 나노 셀룰로오스가 계면활성제의 역할을 하여 안정적인 에멀젼 용액이 제조될 수 있고, 이에 따라 상기 PLA와 셀룰로오스 나노섬유가 복합화될 수 있다.In the present invention, in the first step, at the interface between the hydrophobic PLA solution and the hydrophilic nanocellulose aqueous dispersion, the nanocellulose serves as a surfactant to prepare a stable emulsion solution, and thus the PLA and cellulose nanofibers can be compounded.

도 1은 셀룰로오스 나노섬유의 석시닐화에 의한 전처리에 따른 분산액으로서, (a)는 SA에 의해 전처리되지 않은 셀룰로오스 나노섬유(pulp)로서, 분산액 내 고르게 분산되지 못하고 침전된 모습을 보이며, (b)는 SA에 의해 전처리된 셀룰로오스 나노섬유 분산액으로서 탁한 반투명의 색을 관찰할 수 있다. 반면에 (c)는 SA에 의한 전처리 및 ACC에 의한 물리적 나노섬유화에 의해 균일하고 더 작은 직경을 갖게 되어 셀룰로오스 나노섬유의 균일한 분산을 통해 투명한 분산액을 확인할 수 있다. Figure 1 is a dispersion according to the pretreatment of cellulose nanofibers by succinylation, (a) is a cellulose nanofiber (pulp) that has not been pretreated by SA, and is not evenly dispersed in the dispersion and precipitates, (b) As a dispersion of cellulose nanofibers pretreated by SA, a hazy translucent color can be observed. On the other hand, (c) has a uniform and smaller diameter by pretreatment by SA and physical nanofibrous formation by ACC, so that a transparent dispersion can be confirmed through uniform dispersion of cellulose nanofibers.

도 2는 PLA 대비 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF)의 함량 1중량%, 2중량% 및 3중량%에 따른 PLA/SCNF 에멀젼 용액을 관찰한 것으로서, PLA 대비 SCNF의 함량이 3중량%이면, PLA와 SCNF의 극성에 의한 차이에 의해 두 소재간 혼화성이 떨어져 상 분리 현상이 관찰된다. Figure 2 is an observation of PLA / SCNF emulsion solutions according to 1% by weight, 2% by weight and 3% by weight of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) compared to PLA. If the content of SCNF compared to PLA is 3% by weight, Due to the difference in polarity between PLA and SCNF, miscibility between the two materials is reduced, resulting in phase separation.

셀룰로오스 나노섬유의 표면개질은 셀룰로오스 나노섬유들 사이의 정전기적 반발력을 조성하여, ACC 처리 동안 높은 수준의 나노섬유화를 가능하게 할 수 있다. 표면이 석시닐화 또는 카르복실화된 후 ACC 처리된 셀룰로오스 나노섬유는 석시닐화 또는 카르복실화되지 않은 셀룰로오스 나노섬유에 ACC 처리한 경우와 비교하면, 낮은 혼탁도 및 더 작은 크기를 가질 수 있다. Surface modification of cellulose nanofibers can create an electrostatic repulsive force between cellulose nanofibers, enabling a high degree of nanofibrillation during ACC treatment. Cellulose nanofibers subjected to ACC treatment after succinylation or carboxylation of the surface may have lower turbidity and smaller size compared to the case of ACC treatment of cellulose nanofibers without succinylation or carboxylation.

일 실시예로, 본 발명의 제1단계에서, 상기 나노 셀룰로오스는 숙신산 무수물 화학개질과 수중대향충돌(aqueous counter collision) 방식을 통해 제조된 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유가 바람직하다. In one embodiment, in the first step of the present invention, the nanocellulose is preferably surface-modified cellulose nanofibers prepared through chemical modification of succinic anhydride and aqueous counter collision.

도 3은 PLA/CNF 용액 및 PLA/SCNF 용액으로부터 제조된 필름의 단면 SEM 이미지로서, PLA 대비 SCNF의 함량이 2중량%일 때, 석시닐화에 의한 표면개질 후 피커링의 크기가 대체적으로 감소하고 균일한 것을 관찰할 수 있다. 따라서 SA에 의한 표면개질 후, CNF의 나노섬유화가 진행됨에 따라 더 미세하고 균일한 크기로 피커링의 크기가 형성될 수 있다. Figure 3 is a cross-sectional SEM image of a film prepared from a PLA / CNF solution and a PLA / SCNF solution. When the content of SCNF compared to PLA is 2% by weight, the size of Pickering is generally reduced and uniform after surface modification by succinylation. one can observe. Therefore, after surface modification by SA, the size of Pickering can be formed with a finer and more uniform size as the nanofibroization of CNF proceeds.

따라서, PLA 전체 중량 대비 나노 셀룰로오스 함량은 1 내지 3중량%일 수 있다. 이때, 나노 셀룰로오스가 3중량%를 초과하면 PLA 매트릭스 내 과다로 첨가되어 고르게 분산되지 못해 오히려 기계적 특성을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는, 나노 셀룰로오스 함량은 PLA 전체 중량 대비 1.5 내지 2.5중량%로 포함되는 것이다. Therefore, the content of nanocellulose relative to the total weight of PLA may be 1 to 3% by weight. At this time, if the nano-cellulose exceeds 3% by weight, there is a problem in that the mechanical properties may be deteriorated rather than being uniformly dispersed due to excessive addition in the PLA matrix. More preferably, the nano-cellulose content is included in 1.5 to 2.5% by weight relative to the total weight of PLA.

도 4는 순수한 PLA 대비, 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 복합체 및 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 함량에 따라 제조된 복합체에 대한 이미지로서, SCNF 함량이 증가할수록 색이 진하게 나타나는데, 이러한 결과는 이축압출기를 통해 압출되는 과정에서 SCNF의 열화에 따른 결과로 예상된다. Figure 4 is an image of a composite prepared according to the content of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) and a composite prepared according to the content of cellulose nanofibers (CNF), compared to pure PLA. As the SCNF content increases, the color appears darker, These results are expected to be the result of deterioration of SCNF during extrusion through a twin screw extruder.

제1단계에서 유기용매는 다이클로로메테인(DCM), 클로로포름(Chloroform), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 및 아세톤(acetone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 바람직한 유기용매로 다이클로로메테인(DCM)을 사용하나 이에 한정되지는 아니할 것이다.In the first step, the organic solvent may be any one selected from the group consisting of dichloromethane (DCM), chloroform, ethyl acetate, tetrahydrofuran, and acetone. In the embodiment of the present invention, dichloromethane (DCM) is used as a preferred organic solvent, but it will not be limited thereto.

본 발명의 제조방법에 있어서, 제2단계에서 수행되는 건조는 자연건조, 열풍건조 및 동결건조 등 건조할 수 있는 방법이라면 모두 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 건조 방법을 특별하게 한정하지는 않는다. 바람직하게는, 상기 건조는 기재에 상기 에멀전 용액을 캐스팅(casting)하여 건조하는 것일 수 있다.In the manufacturing method of the present invention, the drying performed in the second step can be any drying method such as natural drying, hot air drying, and freeze drying, and the drying method is not particularly limited in the present invention. Preferably, the drying may be performed by casting the emulsion solution on a substrate and drying.

상기 제2단계 이후, 상기 제3단계를 수행하기 전, 상기 복합소재는 이축압출 공정을 용이하게 하기 위해 분쇄단계를 추가적으로 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 복합소재는 약 5 mm 미만의 길이의 조각으로 분쇄할 수 있다.After the second step and before performing the third step, the composite material may be additionally subjected to a crushing step to facilitate the twin-screw extrusion process. For example, the composite material may be ground into pieces less than about 5 mm in length.

상기 제3단계에서의 성형은 이축압출기를 통해 이축압출 공정으로 수행될 수 있다. 이축압출이란 두 개의 스크류를 이용하여 재료를 가열 유동화시켜 연속 압출하여 제품을 성형하는 방법으로, 낮은 온도에서도 압출이 가능하여 열에 민감한 물질을 안정적으로 압출할 수 있는 장점이 있다.Molding in the third step may be performed as a twin-screw extrusion process through a twin-screw extruder. Twin-screw extrusion is a method of forming a product by continuously extruding a material by heating and fluidizing it using two screws, and has the advantage of stably extruding heat-sensitive materials because extrusion is possible even at a low temperature.

본 발명은 PLA 매트릭스 내에 나노 셀룰로오스가 분산되어 상 분리없이 복합화된 PLA/나노 셀룰로오스 복합체를 제공한다.The present invention provides a PLA/nanocellulose composite in which nanocellulose is dispersed in a PLA matrix and composited without phase separation.

바람직하게는, 상기 PLA/나노 셀룰로오스 복합체는 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.Preferably, the PLA/nanocellulose composite may be prepared according to the manufacturing method of the present invention.

상기에서 나노 셀룰로오스는 셀룰로오스 나노섬유 또는 셀룰로오스 나노결정에서 선택된 어느 하나 또는 혼합형태인 것이다.In the above, the nanocellulose is any one selected from cellulose nanofibers or cellulose nanocrystals, or a mixed form.

더욱 바람직하게는 석시닐화 또는 카르복실화된 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정인 것이다.More preferably, they are succinylated or carboxylated surface-modified cellulose nanofibers or surface-modified cellulose nanocrystals.

이때, 상기 나노 셀룰로오스 함량은 상기 PLA 전체 중량 대비 1 내지 3중량%, 더욱 바람직하게는 상기 나노 셀룰로오스 함량이 상기 PLA 전체 중량 대비 1.5 내지 2.5중량%일 수 있다. In this case, the nanocellulose content may be 1 to 3% by weight based on the total weight of the PLA, more preferably 1.5 to 2.5% by weight based on the total weight of the PLA.

도 5는 순수한 PLA 대비, 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 실시예 1 내지 5의 복합체 및 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 함량에 따라 제조된 실시예 6의 복합체에 대한 인장시험 결과를 나타낸 것이다. 5 is a tensile test result for the composites of Examples 1 to 5 prepared according to the content of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) and the composite of Example 6 prepared according to the content of cellulose nanofibers (CNF), compared to pure PLA. is shown.

또한, 도 6은 표면개질된 셀룰로오스 나노결정(SCNC) 함량에 따라 제조된 실시예 7 내지 9의 복합체에 대한 인장시험 결과이다. 6 is a tensile test result for the composites of Examples 7 to 9 prepared according to the surface-modified cellulose nanocrystal (SCNC) content.

상기 인장시험 결과, 순수 PLA(NEAT PLA) 연신율 4.8% 대비 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF), 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정(SCNC)를 보강재로서 사용된 경우, 적게는 약 5 배, 많게는 약 24배 정도 연신율이 향상됨으로써, PLA 소재 고유의 취성(brittle) 문제를 해결하여 PLA의 기계적 특성을 향상시켰음을 확인할 수 있다. As a result of the tensile test, when surface-modified cellulose nanofibers (SCNF), cellulose nanofibers (CNF) or surface-modified cellulose nanocrystals (SCNC) were used as reinforcing materials compared to pure PLA (NEAT PLA) elongation of 4.8%, at least By improving the elongation by about 5 times, as much as about 24 times, it can be confirmed that the mechanical properties of PLA are improved by solving the brittle problem inherent in PLA material.

특히, 가장 바람직하게는 PLA 매트릭스 내에 SCNF의 함량이 2중량%일 때 향상된 기계적 물성이 극대화된 것을 확인함으로써, 나노 셀룰로오스의 함량에 따라 PLA의 기계적 특성을 제어할 수 있다. In particular, most preferably, by confirming that improved mechanical properties are maximized when the content of SCNF in the PLA matrix is 2% by weight, the mechanical properties of PLA can be controlled according to the content of nanocellulose.

도 7은 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 실시예 1, 3 및 5의 복합체들의 인장시험 전의 단면 SEM 이미지이고, 도 8은 도 7의 인장시험 후 파단면의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. 7 is a cross-sectional SEM image of the composites of Examples 1, 3 and 5 prepared according to the cellulose nanofiber (SCNF) content before the tensile test, and FIG. 8 is a SEM image of the fracture surface after the tensile test of FIG. 7 is shown.

상기 도면의 결과로부터, 피커링 에멀젼 공정에 의해 복합화된 안정적인 네트워크를 형성할 수 있고 특히, PLA 대비 SCNF 2중량% 함량의 PLA/SCNF 복합체의 경우 매우 치밀한 네트워크를 확인할 수 있다. From the results of the figure, it is possible to form a stable network complexed by the Pickering emulsion process, and in particular, a very dense network can be confirmed in the case of the PLA/SCNF composite having a content of 2% by weight of SCNF compared to PLA.

또한, 인장시럼 후 파단면은 순수 PLA의 경우 취성의 특성으로 인한 깔끔한 파단면 대비 거친 표면을 확인함으로써, PLA 매트릭스 내에 고르게 분산된 SCNF가 인장력을 효과적으로 분산시킨다는 것을 뒷받침한다. In addition, the fracture surface after tensile sealing confirms the rough surface compared to the clean fracture surface due to the brittle nature of pure PLA, supporting that the SCNF evenly dispersed in the PLA matrix effectively distributes the tensile force.

본 발명의 PLA/나노 셀룰로오스 복합체는 물리화학적으로 처리한 나노 셀룰로오스가 계면활성제의 역할을 하여 안정적인 에멀젼 용액이 제조될 수 있고, 이에 따라 상기 PLA와 셀룰로오스 나노섬유가 복합화될 수 있다. 이때, 상기 에멀전 용액은 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형으로 안정화된 것이 바람직하다. In the PLA/nanocellulose composite of the present invention, the physicochemically treated nanocellulose serves as a surfactant, so that a stable emulsion solution can be prepared, and thus the PLA and cellulose nanofibers can be combined. At this time, the emulsion solution is preferably stabilized in a water-in-oil (W/O) formulation.

도 9는 본 발명의 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형의 에멀젼 용액의 공초점 현미경 이미지와 용매를 완전건조한 시트 단면의 SEM 이미지를 나타낸다. 반면에, 도 10은 오일-인-워터(oil-in-water, O/W) 제형의 에멀젼 용액에 대한 동일 실험결과를 대비한 것이다. 9 shows a confocal microscope image of an emulsion solution of a water-in-oil (W/O) formulation of the present invention and a SEM image of a cross-section of a sheet in which the solvent is completely dried. On the other hand, FIG. 10 contrasts the same experimental results for emulsion solutions of oil-in-water (O/W) formulations.

상기 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형은 PLA/DCM 용액이 구형의 형광색을 내는 SCNF 수분산액(suspension)을 감싼 형상인 반면, 오일-인-워터(oil-in-water, O/W) 제형은 형광색의 SCNF 수분산액(suspension)이 검은색의 구형 PLA/DCM 용액을 감싸는 형상으로 반전된 구조이다. The water-in-oil (W / O) formulation is a PLA / DCM solution wrapped around a spherical fluorescent SCNF aqueous dispersion, while an oil-in-water (oil-in-water) formulation. -water, O/W) formulation is an inverted structure in which a fluorescent SCNF aqueous dispersion (suspension) surrounds a black spherical PLA/DCM solution.

이러한 반전 구조는 에멀전 상태에서 유기용매와 증류수를 완전히 건조한 시트 단면의 SEM 이미지 결과에서도 극명한 차이를 보이는데, 본 발명의 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형의 에멀젼 용액으로부터 제조된 복합체는 PLA 매트릭스 내에 미세한 구형의 셀룰로오스가 분산된 형태로, 상기 PLA 매트릭스 표면의 적어도 일부 또는 전체에 균일하게 분산된 형태를 보이고 있다. This inverted structure shows a stark difference even in the SEM image of the cross section of the sheet where the organic solvent and distilled water are completely dried in the emulsion state. From the emulsion solution of the water-in-oil (W/O) formulation of the present invention The prepared composite shows a form in which fine spherical cellulose is dispersed in the PLA matrix, and is uniformly dispersed on at least a part or the entire surface of the PLA matrix.

따라서, 본 발명의 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형의 복합체는 PLA 매트릭스 내 나노 셀룰로오스의 분산성을 균일하게 하며, 강화재(reinforcement) 또는 나노필러(nanofiller)로서 작용하거나 PLA와의 수소결합을 통해 복합체의 기계적 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다. Therefore, the composite of the water-in-oil (W/O) formulation of the present invention makes the dispersibility of nanocellulose uniform in the PLA matrix and acts as a reinforcement or nanofiller. Alternatively, the mechanical properties of the composite can be significantly improved through hydrogen bonding with PLA.

도 11은 에멀전 제형에 따른 복합체의 기계적 물성을 대비한 것으로서, O/W 제형의 복합체는 W/O 제형의 복합체보다 기계적 물성이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있다. Figure 11 compares the mechanical properties of the composites according to the emulsion formulation, and it can be seen that the composites of the O / W formulation have significantly lower mechanical properties than the composites of the W / O formulation.

이상으로부터, 본 발명은 기계적 특성이 우수한 PLA/나노 셀룰로오스 복합체를 포함한 필름을 제공한다.From the above, the present invention provides a film comprising a PLA/nanocellulose composite having excellent mechanical properties.

상기 PLA/나노 셀룰로오스 복합체는 서로 다른 극성을 갖는 PLA와 셀룰로오스 나노섬유를 피커링 에멀젼 방식을 통해 제조됨으로써, 종래의 상 분리 현상 문제점을 해결하여 용이하게 복합체로 제조될 수 있다. The PLA/nanocellulose composite can be easily prepared as a composite by solving the conventional phase separation problem by preparing PLA and cellulose nanofibers having different polarities through a Pickering emulsion method.

또한, 상기의 복합체는 패키징, 3D 프린팅 소재, 구조용 경량복합소재, 의료기술 분야에 용이하게 응용할 수 있다.In addition, the composite can be easily applied to the fields of packaging, 3D printing materials, lightweight composite materials for structure, and medical technology.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.These examples are intended to explain the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

<실시예 1∼5> PLA/SCNF 복합체 제조<Examples 1 to 5> Preparation of PLA/SCNF composites

① 시약 및 재료① Reagents and Materials

PLA는 NatureWorks사(USA)의 3D870 제품을 사용하였으며. 목재펄프(Hardwood kraft pulp)는 CNNT Co., Ltd.로부터 1중량%의 분산액으로 공급받았다. 숙신산 무수물(succinic anhydride, SA)은 대정화학, 다이메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF), 피리딘(pyridine), 수산화 나트륨(Sodium hydroxide, NaOH), 다이클로로메테인(Dichloromethane, DCM)은 Sigma-aldrich로부터 구매하였다. PLA와 CNF의 피커링 에멀젼(Pickering emulsion) 형성을 통한 복합화를 위해 Homogenizer(IKA, T25), Ultrasonicator (SONICS, vibra cell VCX 500)를 사용하였다. 복합소재를 이용한 복합체 제작에 사용된 이축압출기(Twin screw extruder, TSE) 및 사출 성형기(Injection molding)는 중국 Wuhan Ruiming사의 SJZS-10B 장비를 이용하였다. 이축압출기는 한 쌍의 스크류(screw)가 회전하는 코-로테이팅(corotating) 방식으로 직경 대비 길이(L/D)는 40이다. 가열기는 샘플 호퍼로부터 최종 압출구까지 4구간으로 나뉘어져 있으며, 각각 180-185-190-195℃로 설정하였다. 사출 성형기의 온도는 195℃, 압력은 10 MPa로 진행하였다.For PLA, 3D870 product from NatureWorks (USA) was used. Hardwood kraft pulp was supplied as a 1% by weight dispersion from CNNT Co., Ltd. Succinic anhydride (SA) was from Daejung Chemical, and dimethylformamide (DMF), pyridine, sodium hydroxide (NaOH), and dichloromethane (DCM) were from Sigma-aldrich. Purchased. A Homogenizer (IKA, T25) and an Ultrasonicator (SONICS, vibra cell VCX 500) were used for complexation through the formation of a Pickering emulsion of PLA and CNF. A twin screw extruder (TSE) and an injection molding machine (SJZS-10B, manufactured by Wuhan Ruiming, China) were used to manufacture composites using composite materials. The twin screw extruder is a corotating method in which a pair of screws rotate, and the length to diameter (L/D) is 40. The heater was divided into 4 sections from the sample hopper to the final extrusion port, and each was set at 180-185-190-195°C. The temperature of the injection molding machine was 195°C and the pressure was 10 MPa.

② CNF의 표면개질 및 나노섬유화(SCNF의 제조)② Surface modification and nanofiberization of CNF (manufacture of SCNF)

DMF가 들어있는 플라스크에 목재펄프, 숙신산 무수물(SA) 및 피리딘을 첨가한 다음, 교반하면서 6시간 동안 가열한 후 원심분리기를 사용하여 탈이온수와 에탄올로 완전히 헹구고 NaOH 용액을 사용하여 중화시킴으로써, 석시닐화로 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유를 제조하였다. 그런 다음, ACC 시스템(CNNT Co., Ltd., 한국)을 이용하여 최종적으로 1 중량%의 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 분산액을 제조하였다. 상기 제조된 SCNF는 약 5 내지 7 nm의 직경을 가졌다.By adding wood pulp, succinic anhydride (SA) and pyridine to a flask containing DMF, heating with stirring for 6 hours, rinsing thoroughly with deionized water and ethanol using a centrifuge, and neutralizing with NaOH solution, succinic acid Cellulose nanofibers surface-modified by nitration were prepared. Then, using an ACC system (CNNT Co., Ltd., Korea), a 1% by weight cellulose nanofiber (SCNF) dispersion was finally prepared. The prepared SCNF had a diameter of about 5 to 7 nm.

③ PLA/SCNF 복합체의 제조③ Preparation of PLA/SCNF composites

PLA/SCNF 복합체는 피커링 에멀젼 방식을 통해 제조하였다. DCM에 5중량%의 PLA가 용해된 PLA 용액과, 농도 1중량%의 SCNF 분산액을 준비하였다. 상기 PLA 용액의 전체 PLA 대비 각각 1중량%, 2중량% 및 3중량%가 되도록 SCNF 분산액을 혼합하여 에멀젼 용액으로 안정화시켰다.The PLA/SCNF composite was prepared by the Pickering emulsion method. A PLA solution in which 5% by weight of PLA was dissolved in DCM and a SCNF dispersion having a concentration of 1% by weight were prepared. The SCNF dispersion was mixed to be 1% by weight, 2% by weight, and 3% by weight, respectively, based on the total PLA of the PLA solution and stabilized as an emulsion solution.

상기 에멀젼 용액은 호모게나이저(Homogenizer)와 소니케이터(Ultrasonicator)로 각각 2분, 1분씩 처리하였고, 그런 다음 유리 페트리 접시(glass petri dish)에 캐스팅(casting)하여 유기용매와 물을 모두 건조시켜 복합소재를 제조하였다. 상기 건조된 복합소재는 블랜더를 이용하여 약 3∼5㎜ 길이의 조각으로 분쇄하고, TSE 장비를 통해 최종 복합화를 진행하여, PLA/SCNF 복합체를 제조하였다.The emulsion solution was treated with a homogenizer and an ultrasonicator for 2 minutes and 1 minute, respectively, and then cast in a glass petri dish to dry both the organic solvent and water A composite material was prepared. The dried composite material was pulverized into pieces with a length of about 3 to 5 mm using a blender, and final composite was performed using TSE equipment to prepare a PLA/SCNF composite.

<실시예 6> PLA/CNF 복합체 제조<Example 6> Preparation of PLA/CNF composite

DCM에 5중량%의 PLA가 용해된 PLA 용액과 상기 PLA 전체 대비 2중량%의 CNF를 포함하는 CNF 분산액을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, PLA/CNF 복합체를 제조하였다. PLA / CNF composite was prepared in the same manner as in Example 1, except for using a PLA solution in which 5% by weight of PLA was dissolved in DCM and a CNF dispersion containing 2% by weight of CNF relative to the total PLA. manufactured.

<실시예 7∼9> PLA/SCNC 복합체 제조<Examples 7 to 9> Preparation of PLA/SCNC composites

석시닐화 셀룰로오스 나노결정(Succinylated Cellulose Nanocrystal, SCNC)을 준비하고, DCM에 5중량%의 PLA가 용해된 PLA 용액과 상기 PLA 전체 대비 1, 2 및 3 중량%가 되도록 하는 SCNC를 포함하는 분산액을 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여, PLA/SCNC 복합체를 제조하였다. Prepare succinylated cellulose nanocrystal (SCNC), and use a dispersion containing a PLA solution in which 5% by weight of PLA is dissolved in DCM and SCNC to be 1, 2, and 3% by weight relative to the total PLA. A PLA/SCNC composite was prepared in the same manner as in Example 1 except for the above.

<비교예 1> <Comparative Example 1>

순수한 PLA(Neat PLA)를 준비하였다. Pure PLA (Neat PLA) was prepared.

<비교예 2> <Comparative Example 2>

상기 실시예 1의 PLA/SCNF 복합체 제조단계에서 DCM에 5중량%의 PLA 가 용해된 PLA 용액과 상기 PLA 전체 대비 농도 1중량%의 SCNF 분산액을 제조하고 상기 PLA 용액 100㎖에 포함된 PLA 대비 SCNF가 2중량%가 되도록 SCNF 분산액 200㎖를 혼합하여, 에멀전 용액으로 안정화시킨 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. In the PLA / SCNF composite manufacturing step of Example 1, a PLA solution in which 5% by weight of PLA was dissolved in DCM and a SCNF dispersion having a concentration of 1% by weight relative to the total PLA were prepared, and the PLA compared to SCNF contained in 100 ml of the PLA solution It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 200 ml of SCNF dispersion was mixed to 2% by weight and stabilized with an emulsion solution.

<실험예 1> 셀룰로오스 나노섬유 전처리에 따른 특성 평가<Experimental Example 1> Evaluation of properties according to pretreatment of cellulose nanofibers

도 1은 셀룰로오스 나노섬유의 석시닐화에 의한 전처리에 따른 특성을 평가한 결과이다. 구체적으로, (a)는 전처리되지 않은 순수한 셀룰로오스 나노섬유(Pulp)로서, 용액 내에 고르게 분산되지 못하고 가라앉은 것을 확인하였고, (b)는 SA에 의해 전처리된 셀룰로오스 나노섬유로서 균일하게 분산되었으나 크기에 의해 탁한 반투명의 색을 갖는 것을 관찰하였다. (c)는 SA 및 ACC 처리된 셀룰로오스 나노섬유로서 직경과 크기가 더 작은 상태로 균일하게 분산되어 안정적인 분산상을 형성하였다. 1 is a result of evaluating the characteristics according to the pretreatment by succinylation of cellulose nanofibers. Specifically, (a) is a pure cellulose nanofiber (Pulp) that has not been pretreated, and it is confirmed that it is not evenly dispersed in the solution and sinks, and (b) is a cellulose nanofiber that has been pretreated by SA and is uniformly dispersed, but is cloudy and translucent due to size It was observed to have a color of (c) is SA and ACC-treated cellulose nanofibers that are uniformly dispersed with smaller diameters and sizes to form a stable dispersed phase.

<실험예 2> 셀룰로오스 나노섬유 함량에 따른 특성 평가<Experimental Example 2> Characteristic evaluation according to cellulose nanofiber content

도 2는 상기 실시예 1, 3 및 5에서 준비된 PLA 대비 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF)의 함량 1중량%, 2중량% 및 3중량%에 따른 PLA/SCNF 에멀젼 용액을 관찰한 결과이다. 2 is a result of observing PLA / SCNF emulsion solutions according to 1% by weight, 2% by weight and 3% by weight of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) compared to PLA prepared in Examples 1, 3 and 5.

그 결과, PLA 대비 SCNF의 함량이 3중량%이면, PLA와 SCNF의 극성에 의한 차이에 의해 두 소재간 혼화성이 떨어져 상 분리 현상을 관찰할 수 있었다.As a result, when the content of SCNF compared to PLA was 3% by weight, the miscibility between the two materials was reduced due to the difference in polarity between PLA and SCNF, and a phase separation phenomenon was observed.

도 3은 실시예 6(PLA/CNF 2중량%) 및 실시예 3(PLA/SCNF 2중량%)에서 제조된 에멀젼 용액으로부터 제조된 필름의 단면에 대한 SEM 이미지로서, PLA 대비 SCNF의 함량이 2중량%일 때, SA에 의한 표면개질 후 피커링의 크기가 대체적으로 감소하고 균일한 것을 관찰할 수 있었다. 따라서 SA에 의한 표면개질 후, CNF의 나노섬유화가 진행됨에 따라 더 미세하고 균일한 크기로 피커링의 크기가 형성된 것으로 여겨진다.Figure 3 is a SEM image of the cross section of the film prepared from the emulsion solutions prepared in Example 6 (PLA / CNF 2% by weight) and Example 3 (PLA / SCNF 2% by weight), the content of SCNF compared to PLA is 2 In terms of weight%, it was observed that the size of Pickering generally decreased and was uniform after surface modification by SA. Therefore, it is believed that the size of Pickering was formed with a finer and more uniform size as nanofibroization of CNF progressed after surface modification by SA.

도 4는 순수한 PLA 대비, 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 실시예 1, 3 및 5의 복합체 및 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 함량에 따라 제조된 실시예 6의 복합체의 이미지로서, SCNF 함량이 증가할수록 색이 진하게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 이축압출기를 통해 압출되는 과정에서 SCNF의 열화에 따른 결과인 것으로 예상할 수 있다.Figure 4 is an image of the composites of Examples 1, 3 and 5 prepared according to the content of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) and the composite of Example 6 prepared according to the content of cellulose nanofibers (CNF), compared to pure PLA. , it was confirmed that the color appeared darker as the SCNF content increased. These results can be expected to be the result of the deterioration of SCNF in the process of being extruded through a twin screw extruder.

도 5는 순수한 PLA 대비, 실시예 1 내지 5에서 제조된 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 및 실시예 6의 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 함량에 따라 제조된 복합체의 인장시험 결과이다. 5 is a tensile test result of composites prepared according to the content of surface-modified cellulose nanofibers (SCNF) prepared in Examples 1 to 5 and cellulose nanofibers (CNF) prepared in Example 6, compared to pure PLA.

도 6은 순수한 PLA 대비, 실시예 7 내지 9의 표면개질된 셀룰로오스 나노결정(SCNC) 함량에 따라 각각 제조된 복합체의 인장시험의 결과를 나타낸다. 인장시험은 만능재료시험기(universal testing machine, UTM)(AMETEK, LS5, USA)을 이용하여 측정하였고, 시편은 ASTM D638에 준하는 규격으로 준비하였다. 길이는 75㎜, 폭 6㎜, 두께 2㎜이며 1㎜/min의 속도로 인장 변형을 가하였다. Figure 6 shows the results of the tensile test of the composites prepared according to the surface-modified cellulose nanocrystal (SCNC) content of Examples 7 to 9, respectively, compared to pure PLA. Tensile tests were measured using a universal testing machine (UTM) (AMETEK, LS5, USA), and specimens were prepared according to ASTM D638 standards. The length was 75 mm, the width was 6 mm, and the thickness was 2 mm, and tensile strain was applied at a rate of 1 mm/min.

그 결과를 하기 표 1에 기재하였다. The results are shown in Table 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 표 1과 도 5를 참조하면, 순수 PLA(NEAT PLA)는 소재 고유의 취성으로 인해 연신율이 4.8%에 불과한 결과에 비해, 본 발명의 실시예 1 내지 5에서 제조된 PLA/SCNF 복합체 경우, 연신율이 적게는 약 5 배, 많게는 약 24배 정도 늘어남을 확인할 수 있었다. Referring to Table 1 and FIG. 5, pure PLA (NEAT PLA) has an elongation of only 4.8% due to material inherent brittleness, compared to the result of PLA / SCNF composites prepared in Examples 1 to 5 of the present invention, It was confirmed that the elongation rate increased by at least about 5 times and at most about 24 times.

이때, PLA 대비 SCNF 함량이 2중량% 포함될 때 가장 우수한 연신율을 보인 반면에, SCNF의 함량이 3중량%일 때, 2중량% 보다 기계적 물성이 저하되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 일반적인 복합체 시스템에서 강화제의 첨가량이 증가할수록 매트릭스 수지 내에서의 분산이 어려워지며 이로 인해 기계적 물성이 감소한다는 결과를 뒷받침한다. At this time, the best elongation was shown when the SCNF content was 2% by weight compared to PLA, while the mechanical properties were lowered when the SCNF content was 3% by weight, compared to 2% by weight. These results support the result that, in a general composite system, as the amount of reinforcing agent increases, dispersion in the matrix resin becomes difficult, and as a result, mechanical properties decrease.

따라서, PLA 매트릭스 내에 SCNF의 함량이 2중량%일 때 향상된 기계적 물성이 극대화된 것을 확인할 수 있는데, 이는 PLA 매트릭스 내에 골고루 분산될 수 있는 SCNF 최적 함량임을 의미한다. Therefore, it can be confirmed that the improved mechanical properties are maximized when the content of SCNF in the PLA matrix is 2% by weight, which means that the optimal content of SCNF that can be evenly dispersed in the PLA matrix.

본래 PLA와 SCNF간의 극성 차이로 인해 약한 계면 접착력을 갖지만, 본 발명에서는 피커링 에멀젼 방식을 기반으로 복합체를 제조하였기 때문에, 그로부터 제조된 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 연신율 및 인성 향상을 보임으로써, PLA와 SCNF간의 혼화성 문제를 극복하였음을 확인하였다. Originally, PLA and SCNF have weak interfacial adhesion due to the difference in polarity, but in the present invention, since the composite was prepared based on the Pickering emulsion method, the elongation and toughness of the PLA / nanocellulose composite prepared therefrom were improved, thereby improving PLA and SCNF It was confirmed that the compatibility problem between the liver was overcome.

또한, 실시예 6에서 제조된 PLA/CNF 복합체 역시 순수 PLA 대비 CNF 2중량% 포함될 때, 19배 향상된 연신율을 보였다. In addition, the PLA / CNF composite prepared in Example 6 also showed 19 times improved elongation when 2% by weight of CNF compared to pure PLA was included.

상기 표 1과 도 6을 참고하면, 일반적으로 CNF보다 종횡비가 작다고 알려진 CNC의 PLA 복합체 강화효과는 CNF에 비해 작은 것으로 확인되었으나, 순수 PLA 대비 SCNC 함량 1 내지 3중량% 포함된 복합체 모두 순수 PLA 대비 연신율이 향상되었다. Referring to Table 1 and FIG. 6, the reinforcement effect of the PLA composite of CNC, which is generally known to have a smaller aspect ratio than that of CNF, was confirmed to be smaller than that of CNF, but all composites containing 1 to 3% by weight of SCNC compared to pure PLA were compared to pure PLA. The elongation rate was improved.

도 7은 셀룰로오스 나노섬유(SCNF) 함량에 따라 제조된 복합체들의 인장시험 전의 단면으로서, PLA/SCNF 복합체의 단면을 통해 피커링 에멀젼 공정에 의해 효과적으로 복합화된 안정적인 네트워크를 형성함을 확인할 수 있었고, 특히, PLA 대비 SCNF 2중량% 함량의 PLA/SCNF 복합체는 매우 치밀한 네트워크를 형성하였다. 7 is a cross-section of the composites prepared according to the cellulose nanofiber (SCNF) content before the tensile test, and it was confirmed that a stable network effectively composited by the Pickering emulsion process was formed through the cross-section of the PLA / SCNF composite. In particular, The PLA/SCNF composite with 2% by weight of SCNF compared to PLA formed a very dense network.

또한, 도 8은 인장시험 후의 파단면의 SEM 이미지로서, 순수 PLA는 취성의 특성인 비교적 깔끔한 파단면 갖는 것을 확인할 수 있는 반면, PLA/SCNF 복합체는 파단면의 표면이 매우 거친 것을 확인할 수 있다. In addition, FIG. 8 is a SEM image of the fracture surface after the tensile test, and it can be confirmed that pure PLA has a relatively clean fracture surface, which is a characteristic of brittleness, while the surface of the fracture surface of the PLA / SCNF composite is very rough.

이는 PLA 매트릭스 내에 고르게 분산된 SCNF가 인장력을 효과적으로 분산시키기 때문인 것으로 해석할 수 있다.This can be interpreted as the fact that the SCNF evenly dispersed in the PLA matrix effectively disperses the tensile force.

<실험예 3> 제형에 따른 기계적 물성 평가<Experimental Example 3> Evaluation of mechanical properties according to formulation

PLA 대비 SCNF의 함량 2중량%로 복합화된 실시예 3 및 비교예 2의 경우, 복합체 제조를 위한 각각의 에멀전 용액에 대하여 공초점 현미경(Confocal microscopy)을 이용하여 이미지를 관찰하였다. In the case of Example 3 and Comparative Example 2 composited with 2% by weight of SCNF compared to PLA, images were observed using a confocal microscope for each emulsion solution for preparing the composite.

도 9는 실시예 3의 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형의 에멀전 용액에 대한 공초점 현미경 이미지와 용매를 완전건조한 시트 단면의 SEM 이미지를 나타낸 것이고, 도 10은 비교예 2의 오일-인-워터(oil-in-water, O/W) 제형의 에멀전 용액에 대한 공초점 현미경 이미지와 용매를 완전건조한 시트 단면의 SEM 이미지이다. 9 shows a confocal microscope image of an emulsion solution of a water-in-oil (W/O) formulation of Example 3 and a SEM image of a cross-section of a sheet in which the solvent is completely dried, and FIG. This is a confocal microscope image of the emulsion solution of the oil-in-water (O/W) formulation of Comparative Example 2 and a SEM image of a cross-section of the sheet in which the solvent was completely dried.

구체적으로 염색제(Fluorescein)는 증류수에서 용해성이 있어 형광색을 내는 반면, 유기용매인 DCM에서는 용해성이 없으므로 형광색을 내지 않는다. 따라서, 도 9 및 도 10의 공초점 현미경 이미지 결과에서 형광색을 띄는 부분은 SCNF 수분산액(suspension)이고, 색이 나타나지 않는 부분은 PLA가 용해된 PLA/DCM 용액이다. 따라서, 도 9 및 도 10를 통해 실시예 3의 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형은 PLA/DCM 용액이 구형의 형광색을 내는 SCNF 수분산액(suspension)을 감싼 형상으로 확인되는 반면에, 비교예 2의 오일-인-워터(oil-in-water, O/W) 제형은 형광색의 SCNF 수분산액(suspension)이 검은색의 구형 PLA/DCM 용액을 감싸는 형상으로 확인되었다. Specifically, the dye (Fluorescein) is soluble in distilled water and emits a fluorescent color, whereas it does not emit a fluorescent color because it is insoluble in DCM, an organic solvent. Accordingly, in the confocal microscopy image results of FIGS. 9 and 10 , the fluorescently colored portion is the SCNF aqueous dispersion, and the colorless portion is the PLA/DCM solution in which PLA is dissolved. Therefore, through FIGS. 9 and 10, the water-in-oil (W/O) formulation of Example 3 has a shape in which the PLA/DCM solution wraps the SCNF aqueous dispersion giving off a spherical fluorescent color. On the other hand, the oil-in-water (O / W) formulation of Comparative Example 2 was confirmed in the form of a fluorescent SCNF aqueous dispersion (suspension) surrounding the black spherical PLA / DCM solution. It became.

형광현미경 이미지 결과에서도 W/O 또는 O/W의 제형이 확실히 구분되었다[미도시].The formulation of W/O or O/W was also clearly distinguished from the fluorescence microscopic image results [not shown].

또한, 상기 에멀전 상태에서 유기용매인 DCM와 증류수를 완전히 건조한 시트 단면의 SEM 이미지 결과에서도 W/O 제형와 O/W 제형간의 극명한 차이를 확인할 수 있다. In addition, a clear difference between the W / O formulation and the O / W formulation can be confirmed in the SEM image of the cross section of the sheet in which DCM and distilled water, which are organic solvents, are completely dried in the emulsion state.

즉, 비교예 2의 경우, 증류수가 건조된 셀룰로오스가 구형의 PLA 매트릭스를 감싼 형상인 반면에, 실시예 3의 복합체는 PLA 매트릭스가 구형의 셀룰로오스를 감싸면서 상기 PLA 매트릭스 표면의 적어도 일부 또는 전체에 균일하게 분산된 형태를 보이고 있다. That is, in the case of Comparative Example 2, the distilled water dried cellulose wrapped around the spherical PLA matrix, whereas in the composite of Example 3, the PLA matrix covered the spherical cellulose while covering at least a part or the entire surface of the PLA matrix. It shows a uniformly dispersed form.

<실험예 4> 제형에 따른 복합체의 기계적 물성 평가<Experimental Example 4> Evaluation of mechanical properties of the composite according to the formulation

PLA 대비 SCNF의 함량 2중량%로 복합화된 실시예 3 및 비교예 2에서 제조된 복합체에 대한 기계적 물성을 측정한 결과를 하기 표 2 및 도 11에 기재하였다. The results of measuring the mechanical properties of the composites prepared in Example 3 and Comparative Example 2 composited with 2% by weight of SCNF compared to PLA are shown in Table 2 and FIG. 11 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 결과로부터, O/W 제형의 복합체는 W/O 제형의 복합체보다 기계적 물성이 현저히 낮은 것을 확인하였다. From the above results, it was confirmed that the composite of the O/W formulation had significantly lower mechanical properties than the composite of the W/O formulation.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail only with respect to the specific embodiments described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention, and it is natural that such changes and modifications fall within the scope of the appended claims.

Claims (16)

유기용매에 용해된 PLA 용액 100 중량부에 대하여, 나노 셀룰로오스 수분산액 0.5 내지 10 중량부로 첨가하여, 상기 PLA 내 나노 셀룰로오스가 포함된 액적을 에멀젼 용액으로 안정화시키는 제1단계,
상기 에멀젼 용액을 건조하여 PLA 매트릭스 내에 나노 셀룰로오스가 분산된 복합소재를 형성하는 제2단계 및
상기 복합소재를 성형하는 제3단계;를 포함하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.
A first step of stabilizing droplets containing nanocellulose in the PLA as an emulsion solution by adding 0.5 to 10 parts by weight of a nanocellulose aqueous dispersion with respect to 100 parts by weight of the PLA solution dissolved in an organic solvent,
A second step of drying the emulsion solution to form a composite material in which nanocellulose is dispersed in a PLA matrix; and
Method for producing a PLA / nano-cellulose composite comprising a; third step of molding the composite material.
제1항에 있어서, 상기 에멀젼 용액이 워터-인-오일(water-in-oil, W/O) 제형으로 안정화된 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the emulsion solution is stabilized in a water-in-oil (W/O) formulation. 제1항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스가 셀룰로오스 나노섬유 또는 셀룰로오스 나노결정에서 선택된 어느 하나 또는 혼합형태인 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nanocellulose is any one selected from cellulose nanofibers or cellulose nanocrystals, or a mixed form. 제3항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노섬유가 숙신산 무수물과 반응시켜 석시닐화또는 카르복실화로 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정인 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 3, wherein the cellulose nanofibers are cellulose nanofibers or surface-modified cellulose nanocrystals surface-modified by succinylation or carboxylation by reacting with succinic anhydride. 제1항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스 수분산액이 셀룰로오스 나노섬유를 석시닐화 또는 카르복실화로 표면개질한 후 물에 분산시켜 형성된 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nano-cellulose aqueous dispersion is formed by surface-modifying cellulose nanofibers by succinylation or carboxylation and then dispersing them in water. 제1항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스 수분산액이 셀룰로오스 나노섬유를 석시닐화 또는 카르복실화로 표면개질한 후 ACC(aqueous counter collision) 방법을 이용하여 나노섬유화한 후, 물에 분산시켜 형성된 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the nano-cellulose aqueous dispersion is formed by surface-modifying cellulose nanofibers by succinylation or carboxylation, converting them into nanofibers using an aqueous counter collision (ACC) method, and then dispersing them in water. Manufacturing method of PLA/nanocellulose composite. 제4항에 있어서, 상기 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유가 5 내지 7 nm의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 4, wherein the surface-modified cellulose nanofibers have a diameter of 5 to 7 nm. 제1항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스의 함량은 상기 PLA 전체 중량 대비 1 내지 3중량% 포함된 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the content of the nanocellulose is 1 to 3% by weight based on the total weight of the PLA. 제1항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스의 함량은 상기 PLA 전체 중량 대비 1.5 내지 2.5중량% 포함된 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the content of the nanocellulose is 1.5 to 2.5% by weight based on the total weight of the PLA. 제1항에 있어서, 상기 유기용매가 다이클로로메테인(DCM), 클로로포름(Chloroform), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran) 및 아세톤(acetone)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the organic solvent is any one selected from the group consisting of dichloromethane (DCM), chloroform, ethyl acetate, tetrahydrofuran and acetone Method for producing a PLA/nanocellulose composite characterized in that PLA 매트릭스 내에 나노 셀룰로오스가 분산되어 상 분리없이 복합화된 PLA/나노 셀룰로오스 복합체.A PLA/nanocellulose composite in which nanocellulose is dispersed in a PLA matrix and composited without phase separation. 제11항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스가 셀룰로오스 나노섬유 또는 셀룰로오스 나노결정에서 선택된 어느 하나 또는 혼합형태인 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체.The PLA/nanocellulose composite according to claim 11, wherein the nanocellulose is any one selected from cellulose nanofibers or cellulose nanocrystals or a mixed form. 제11항에 있어서, 상기 셀룰로오스 나노섬유가 석시닐화 또는 카르복실화로 표면개질된 셀룰로오스 나노섬유 또는 표면개질된 셀룰로오스 나노결정인 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체.The PLA/nanocellulose composite according to claim 11, wherein the cellulose nanofibers are cellulose nanofibers surface-modified by succinylation or carboxylation or surface-modified cellulose nanocrystals. 제11항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스가 PLA 전체 중량 대비 1 내지 3중량%로 분산된 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체.The PLA/nanocellulose composite according to claim 11, wherein the nanocellulose is dispersed in an amount of 1 to 3% by weight based on the total weight of PLA. 제11항에 있어서, 상기 나노 셀룰로오스가 PLA 전체 중량 대비 1.5 내지 2.5중량%로 분산된 것을 특징으로 하는 PLA/나노 셀룰로오스 복합체.The PLA/nanocellulose composite according to claim 11, wherein the nanocellulose is dispersed in an amount of 1.5 to 2.5% by weight based on the total weight of PLA. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 제조방법으로부터 제조된 PLA/나노 셀룰로오스 복합체를 포함하는 필름.A film comprising a PLA/nanocellulose composite prepared from the method of any one of claims 1 to 10.
KR1020220119585A 2021-09-24 2022-09-21 Method for manufacturing polylactic acid/nano cellulose composite, its composite manufactured thereby and film using the same KR20230043744A (en)

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