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FJK 2019년 12월호 [특집] 셀룰로오스 나노파이버의 특성과 응용 1

셀룰로오스 나노파이버의 구조 해석과 특성

# 셀룰로오스 나노파이버의 구조 해석과 특성

 

20세기 후반부터 다양한 나노 소재가 개발, 발견되고 관련된 분석, 가시화 기술이 진전되어 일부는 실용화로 전개되고 있다. 나노 소재의 대부분은 석유계 원료로부터 합성되어 monomer(단량체) 등의 저분자 원료에서 나노 구조체로 성형 또는 저분자 원료에서 고분자화를 거쳐 나노 구조체로 성형하는 등 상향식(bottom-up)형으로 합성, 제조된다.

 

그림1 나노셀룰로오스류의 형상에 따른 분류. TEMPO 산화 셀룰로오스 나노네트워크(CNNeW), TEMPO 산화 셀룰로오스 나노파이버(CNF)와 TEMPO 산화 셀룰로오스 나노크리스털(CNC)

 

 

한편, 금세기에 들어 셀룰로오스 나노파이버(Cellulose Nanofiber : CNF)와 관련된 나노 셀룰로오스 종류에 대한 기초와 응용연구가 세계적 수준으로 진행되어 왔다. 나노 셀룰로오스는 식물에서 분리된 셀룰로오스 섬유를 폭 100nm 이하로 미세섬유 화(피브릴화), 즉 다운사이징(downsizing)해 제조된다.

 

셀룰로오스는 식물에 의해 CO2와 물로부터 광합성된 천연 다당류이며 식물 주성분으로 지구상에서 가장 많이 축적되어 있고 또한 가장 많은 양이 매년 광합성 되는 재생산 가능한 천연 고분자이다. 일본 내에 사용되지 않는 간벌생산 목재로 방치되어 풍부하게 존재하는 목질자원 (바이오매스) 건조 중량의 약 40%를 셀룰로오스가 차지한다.

 

따라서 대기 중의 CO₂의 고정화 물질인 목질 바이오매스를 CNF로 새롭게 첨단, 범용 재료에 이용할 수 있는 새로운 Material Stream을 구축할 수 있다면 식림-육림-벌채-이용-식림의 순환을 추진하는 것으로 대기 중의 CO₂의 감소와 재료의 고정화 촉진에 기여할 수 있는 가능성이 있다.

 

아울러 지구온난화 방지, 피폐해 있는 일본 내 임업의 활성화와 고용 촉진, 화석 자원 유래의 재료 사용량 감소, 나아가 현재의 과제가 되고 있는 해양 마이크로(미세) 플라스틱 오염의 감소, 목질 바이오매스를 기반으로 한 순환형 사회기반의 구축도 기대할 수 있다. 유엔총회에서 채택된 2030년을 향한 지속 가능한 개발 목표인 SDGs의 어떤 항목 하나는 목질 바이오매스에서 유래한 CNF의 질적, 양적 이용의 확대가 목표 달성에 기여할 가능성이 있다.

 



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