하이드록시프로필화를 통한 에탄올 유기용매 리그닌의 열가소성 향상

최준호1*, 김종화1, 조성민1, 박상우2, 구본욱3, 김호용4, 곽효원2,5, 최인규2,5†

(1서울대학교 산림과학부, 2서울대학교 농림생물자원학부, 3한국생산기술연구원 청정기술연구소, 4한국화학연구원 바이오화학실용화센터, 5서울대학교 농업생명과학연구원)

Improving the thermoplastic property of ethanol organosolv lignin

by hydroxypropylation

June-Ho Choi1*, Jong-Hwa Kim1, Seong-Min Cho1, Sang-Woo Park2, Bonwook Koo3,

Ho-Yong Kim4, Hyo Won Kwak2,5, In-Gyu Choi2,5†

(1Department of Forest Sciences, Seoul National University, 2Department of Agriculture, Forestry, and Bioresources, Seoul National University, 3Green and Sustainable Materials R&D Department, Korea Institute of Industrial Technology, 4Center for Bio-based Chemistry, Korea Research Institute of Chemical Technology, 5Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University)

요약: 리그닌은 기능성을 부여하기 위한 플라스틱의 첨가제 또는 전구체로 사용될 수 있다. 그러나 리그닌은 일반적으로 친수성의 표면 특성으로 대부분의 열가소성 바이오폴리에스터와 열악한 상용성을 나타낸다. 또한, 리그닌은 다양한 결합구조와 분자내٠간 수소결합으로 열가소성과 열경화성의 특성을 모두 내포한다. 리그닌의 열경화성 특성은 용융 블렌딩 과정에서 리그닌의 유동성을 저해하며, 이는 리그닌의 열가소성 수지로의 이용을 제한한다. 따라서 바이오플라스틱 산업에서 리그닌 활용 가능성을 높이기 위해서는 리그닌의 열가소성 특성을 강화하기 위한 화학적 개질 방법의 탐색이 필요하다. 본 연구에서는 하이드록시프로필화를 도입하여 에탄올 유기용매 리그닌의 열가소성을 강화하였으며, 리그닌/PLA 블렌드의 인장 시험을 통해 개질된 유기용매 리그닌과 PLA의 상용성을 평가하였다. 하이드록시프로필화 후, 개질된 유기용매 리그닌은 새로운 유리전이온도와 용융점이 생성되었으며, 블렌드의 인장강도가 순수한 PLA 수준으로 향상되었다.

Abstract: Lignin has the potential to be used as an additive or a precursor of bioplastics for imparting functionality. However, lignin is incompatible with many kinds of thermoplastic biopolyesters due to its hydrophilic surface characteristics. In addition, lignin has both thermoplastic and thermosetting properties, attributed to its amorphous chemical structure and inter- and intramolecular interactions. The thermosetting properties cause a low fluidity during melt blending and limit the use of lignin as a thermoplastic resin. Therefore, appropriate chemical modification strategies that strengthen the thermoplastic properties are necessary. In this study, the thermoplastic property of ethanol organosolv lignin (EOL) was enhanced by hydroxypropylation. Then, the compatibility of the modified EOL and PLA was evaluated by the tensile test of the EOL/PLA blend. After hydroxypropylation, a new glass transition temperature and melting point were observed for modified EOL, and the tensile strength of the blend was improved to a similar level to that of the neat PLA.

사사: 본 연구는 2020년도 한국연구재단 이공분야기초연구사업인 중견연구자지원사업 (NRF-2019R1A2C1005369)의 지원을 받아 수행되었음.