리그닌 입자 균일성 확보를 위한 반용매 침전 기반 자가조립 거동 분석

최준호1*, 배수인1, 송수민2, 최용희1, 임연수1, 조해민1, 김종화1, 김선아2, 김호용1

(1한국화학연구원 바이오화학연구센터)

Analysis of Antisolvent-Induced Self-Assembly Behavior

for Uniform Lignin Particle Formation

June-Ho Choi*, Suin Bae, Yong-Hui Choi, Yeon-su Lim, Hae min Jo, Jonghwa Kim, Hoyong Kim

(1Center for Bio-based Chemistry, Korea Research Institute of Chemical Technology,

2Department of Chemistry, Colorado State University)

요약: 리그닌 입자의 크기 및 형태의 균일성은 분산 안정성, 계면 거동 및 기능성 발현에 직접적인 영향을 미치기 때문에 응용 소재로 활용되기 위한 중요한 요소이다. 그러나 리그닌의 구조적 이질성과 입자화 과정의 복잡성으로 인해, 리그닌 입자 형성 거동은 공정 조건 및 리그닌 특성에 민감하게 의존한다. 본 연구에서는 유기용매에 용해된 리그닌 용액을 반용매인 물에 주입하여 자가조립을 유도하는 반용매 침전 기반 입자화 공정을 이용하고, 용매 조성, 리그닌 농도 및 혼합 조건을 변화시켜 총 567개의 리그닌 입자를 제조하였다. 각 조건에서 형성된 입자의 크기 분포와 균일성을 비교 분석하여, 입자화 조건이 형성 경로에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였으며, 리그닌의 분자량 및 수산기 분포 등 구조적 특성이 입자 형성 과정에 선택적으로 관여함을 확인하였다. 이러한 결과는 반용매 침전에 의해 유도된 핵 생성 및 성장 메커니즘 하에서, 리그닌 구조와 공정 조건의 상호작용을 이해하는 것이 균일한 리그닌 입자 제조를 위한 공정 설계 정보를 제공함을 보여준다.

Abstract: The uniformity of lignin particle size and morphology is crucial for functional material applications, as it directly affects dispersion stability and interfacial behavior. In this study, lignin particles were prepared via an antisolvent precipitation–induced self-assembly process by injecting an organic lignin solution into water. By systematically varying solvent composition, lignin concentration, and mixing conditions, a total of 567 lignin particles were produced and analyzed. The results show that particle formation is governed by a nucleation–growth mechanism, with selective participation of lignin fractions depending on their structural characteristics. These findings provide insights into the process–structure relationships required for the reproducible fabrication of uniform lignin particles.

사사: 본 연구는 과학기술정보통신부의 재원으로 한국연구재단의 ‘기초연구사업(RS-2024-00346923)’ 및 한국화학연구원의 ‘정밀·바이오 화학 실용화 사업(SS2042-10)’의 지원을 받아 수행하였음.