리그닌이 함유된 셀룰로오스 나노크리스탈 생산과 생분해성 플라스틱과의 상용성 증대 및 인장강도 평가

조영민1*, 최준호2, 김종화2, 김종찬1, 박상우1, 최인규1,3†

(1서울대학교 농림생물자원학부, 2서울대학교 산림과학부, 3서울대학교 농업생명과학연구원)

Production of lignin-contained cellulose nanocrystals and evaluation of the compatibility with biodegradable plastics and investigation of tensile strength

Young-Min Cho1*, June-Ho Choi2, Jong-Hwa Kim2, Jong-Chan Kim1, Sang-Woo Park1, In-Gyu Choi1,3†

(1Department of Agriculture, Forestry, and Bioresources, Seoul National University, 2Department of Forest Sciences, Seoul National University, 3Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University)

요약: 생분해성 플라스틱은 토양 또는 수중에서 미생물에 의해 물과 이산화탄소로 분해될 수 있다는 장점을 가져 석유계 플라스틱을 대체할 재료로 각광받고 있다. 하지만 생분해성 플라스틱은 석유계 플라스틱과 비교하여 물리적 성질과 내열성이 떨어지고 가격경쟁력 또한 낮다는 단점이 있다. 생분해성 플라스틱의 취약한 물성을 개선하기 위해, 높은 기계적 강도를 가지는 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)이 보강 충전제로 이용될 수 있다. 그러나 셀룰로오스의 수산기로 인해 계면 간 결합력이 약해 상용성이 떨어진다는 특징이 있다. 본 연구에서는 목분에 과초산 처리를 통해 리그닌 함량을 조절한 후, 무기산을 이용하여 리그닌이 함유된 셀룰로오스 나노크리스탈(LCNC)를 생산하였다. 그리고 CNC와 LCNC의 형태학적 특성을 비교하고 화학적 개질을 통해 생분해성 플라스틱과의 상용성과 물성 개선을 평가하고자 하였다.

Abstract: Biodegradable plastics can be decomposed by microorganisms in a soil or water condition. For this reason, biodegradable plastics have attracted a lot of attention as a material which could be substitute for petroleum-based plastic. However, biodegradable plastics have low mechanical property, heat resistance, and price competitiveness compared with petroleum-based plastics. To improve biodegradable plastic’s low mechanical property, cellulose nanocrystal (CNC) which has great mechanical property, can be used as a filler. Nevertheless, CNC has poor compatibility with biodegradable plastics due to its poor interfacial bonding strength derived from hydroxyl groups. In this research, lignin-contained CNC (LCNC) was produced by inorganic acid treatment using peracetic treated wood powder with a controlled lignin content. Then, the morphological property of CNC and LCNC was compared, and compatibility was evaluated with biodegradable plastics (PLAs) by determining tensile strength and solvent dispersion stability.

사사: 본 연구는 2020년도 산림청 산림융복합 전문인력 양성(대학(원)생 창의도전 아이디어 연구지원) 사업(2020256A00-2021-0001)의 지원을 받아 수행되었음.