이 연구는 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril, CNF)와 산화아연-은(zinc oxide-silver, ZnO-Ag) 나노로드(nanorods, NRs)를 이용하여 염료로 오염된 수처리에 적용하는, 우수한 젖음 강도(wet strength)를 갖는 다공성 광촉매 복합막을 제작하기 위한 단순하면서도 효과적인 방법을 제시한다. 높은 젖음 강도를 갖는 자립형 CNF 막은 NaOH 처리로 제조하였다. 젖음 강도뿐만 아니라 NaOH 처리는 CNF 막의 기공 특성도 조절하였으며, 이는 그 안에 NRs를 치밀하게 부착할 수 있게 하였다. 광촉매 복합체는 ZnO-Ag NRs를 CNF 막 위에 단순 점적 건조(drop-drying)함으로써 제조하였고, 기공 내부에 부착이 이루어지도록 하였다. 복합체의 광촉매 활성은 가시광 하에서 메틸렌 블루(methylene blue) 염료의 분해에 대해 평가하였다. CNF 막 위에 ZnO-Ag NRs를 점적 건조 방식으로 적층(cast)하는 간단한 방법을 사용하였음에도, NRs는 물과 접촉하였을 때 씻겨 나가지 않아, 높은 광촉매 활성과 높은 젖음 강도를 모두 나타내는 복합체가 형성되었다. 이러한 탁월한 성능은 광촉매 ZnO-Ag NRs가 CNF의 다공성 구조에 치밀하게 부착되어 있기 때문으로 설명될 수 있다. 또한 복합체는 광촉매 성능이 3회 재사용 후에도 유의미하게 저하되지 않아 만족스러운 재사용성을 보였다. 간단한 제조 방법, 인상적인 광촉매 성능, 그리고 내구성을 고려할 때, 본 연구의 복합체는 폐수 처리의 실제 적용에 있어 상당한 가치를 지닐 것으로 기대된다.

이 연구는 셀룰로오스 나노섬유(cellulose nanofibril, CNF)와 산화아연-은(zinc oxide-silver, ZnO-Ag) 나노로드(nanorods, NRs)를 이용하여 염료로 오염된 수처리에 적용하는, 우수한 젖음 강도(wet strength)를 갖는 다공성 광촉매 복합막을 제작하기 위한 단순하면서도 효과적인 방법을 제시한다. 높은 젖음 강도를 갖는 자립형 CNF 막은 NaOH 처리로 제조하였다. 젖음 강도뿐만 아니라 NaOH 처리는 CNF 막의 기공 특성도 조절하였으며, 이는 그 안에 NRs를 치밀하게 부착할 수 있게 하였다. 광촉매 복합체는 ZnO-Ag NRs를 CNF 막 위에 단순 점적 건조(drop-drying)함으로써 제조하였고, 기공 내부에 부착이 이루어지도록 하였다. 복합체의 광촉매 활성은 가시광 하에서 메틸렌 블루(methylene blue) 염료의 분해에 대해 평가하였다. CNF 막 위에 ZnO-Ag NRs를 점적 건조 방식으로 적층(cast)하는 간단한 방법을 사용하였음에도, NRs는 물과 접촉하였을 때 씻겨 나가지 않아, 높은 광촉매 활성과 높은 젖음 강도를 모두 나타내는 복합체가 형성되었다. 이러한 탁월한 성능은 광촉매 ZnO-Ag NRs가 CNF의 다공성 구조에 치밀하게 부착되어 있기 때문으로 설명될 수 있다. 또한 복합체는 광촉매 성능이 3회 재사용 후에도 유의미하게 저하되지 않아 만족스러운 재사용성을 보였다. 간단한 제조 방법, 인상적인 광촉매 성능, 그리고 내구성을 고려할 때, 본 연구의 복합체는 폐수 처리의 실제 적용에 있어 상당한 가치를 지닐 것으로 기대된다.

유연한 탄산칼슘(Flexible calcium carbonate, FCC)은 현장(in situ) 탄산칼슘 형성 방법을 통해 다량의 탄산칼슘을 셀룰로오스 나노피브릴(CNF)에 부착하여 제조하였다. FCC는 통상 중량 기준으로 CNF와 탄산칼슘이 1:40의 비율로 구성된다. FCC를 함유한 종이는 동일한 회분 함량에서 상업화된 분쇄 탄산칼슘(GCC)을 함유한 종이보다 더 높은 벌크, 더 높은 강성, 더 높은 인장강도를 나타냈다. 그러나 FCC의 크기가 GCC(지름 2 μm)보다 더 크다는 점(평균 지름 20–30 μm) 때문에, FCC를 함유한 종이에 캘린더링(calendering)을 적용하면 벌크가 크게 감소하고 매끄러움은 증가하지 않을 수 있다는 추측이 있었다. FCC를 함유한 종이는 캘린더링 공정에 대해 매우 효과적으로 반응하여 Bekk 매끄러움을 증가시키면서 높은 벌크를 유지하는 것으로 나타났다. 또한 FCC를 함유한 종이는 매끄러움 향상에 매우 효과적이어서, GCC를 함유한 종이와 동일한 매끄러움에 도달하는 데 더 적은 캘린더링 압력이 필요할 가능성도 제시된다. 그렇다면 GCC를 함유한 종이와 동일한 매끄러움 조건에서 FCC를 함유한 종이의 벌크와 강성을 더 증가시킬 잠재력이 있을 수 있다.

폴리락트산(PLA)은 포장재로 널리 사용되는 생분해성 폴리머이지만, 더 광범위한 적용을 위해서는 그 기계적 및 차단(배리어) 특성의 향상이 요구된다. α-키틴으로부터 유래한 2차원 분리 나노물질인 키틴 유래 나노플레이크(CNFL)는 높은 강도와 인성을 지니고 있어 PLA의 성능 향상을 위한 이상적인 첨가제로 간주된다. 본 연구는 PLA 복합 필름의 물성에 대한 CNFL의 영향을 조사하였다. CNFL을 포함시키면 PLA의 기계적 특성이 유의하게 향상되어, 유연성은 유지하면서 인장강도와 강성이 증가하였다. 이러한 향상은 결정성을 증가시키는 CNFL의 핵형성 효과에 기인한 것으로 해석된다. 또한 CNFL은 열에 의한 변형을 완화함으로써 복합 필름의 열적 안정성을 향상시켰다. 특히, CNFL이 충전된 PLA 복합체의 산소 차단 특성 역시 향상되었으며, 산소 확산 경로의 굴곡도(tortuosity)가 증가함에 따라 최적 CNFL 농도에서 산소 투과성이 유의하게 감소하는 결과를 보였다. 전반적으로, CNFL이 충전된 PLA 복합체는 재생 가능한 포장재로서 큰 잠재력을 가지며, 특히 식품 및 의약품과 같은 산화적 분해에 민감한 제품을 보호하여 유통기한을 연장하고 품질을 유지하는 데 유리하다. 이러한 결과는 향상된 기계적 성능, 개선된 열적 안정성, 우수한 산소 차단 특성을 함께 제공하는 CNFL 충전 PLA 복합체가 고도화된 응용 분야에 유망한 소재임을 시사한다.

미세섬유화된 셀룰로오스(Microfibrillated cellulose, MFC)는 사용 후 폐기된 골판지 원지(old corrugated container, OCC) 소재로부터 제조하였다. 먼저 해당 소재를 물에서 분해한 후 불순물을 제거하기 위해 세정하였고, 이후 분쇄하여 섬유화를 진행하였다. 이렇게 처리된 MFC에 대해서는 산화칼슘을 첨가하고 혼합물에 이산화탄소를 주입하여, 중량비 기준 MFC : 탄산칼슘이 1:40이 되도록 하면서 탄산칼슘을 현장(in-situ)에서 형성하도록 처리하였다. 처리 전 MFC는 짙은 갈색을 띠었으나, 현장 형성 공정 이후에는 시판 분쇄 탄산칼슘(ground calcium carbonate, GCC)과 유사한 높은 백색도를 보였다. 표면에 탄산칼슘이 부착되어 길고 유연한 특성을 갖는 MFC를 OCC 유래 유연 탄산칼슘(flexible calcium carbonate from OCC, FCCO)이라 명명하였다. FCCO를 포함한 종이는 상용 GCC를 포함한 종이와 비교하여 평활도(smoothness)를 저하시키지 않으면서도 더 높은 벌크(bulk), 더 높은 강성(stiffness), 그리고 더 높은 인장 지수(tensile index)를 나타내었다. 다만 OCC의 초기 낮은 백색도 때문에 백색도는 약간 감소하였다. 본 연구는 또한 FCCO로 인쇄용지에서 목섬유를 최대 5%까지 대체하더라도 인쇄용지의 필수적인 특성을 저하시키지 않고 대체 가능함을 보여주었다. 폐지의 활용은 목재 자원과 생산 비용을 모두 절감하는 이점을 제공한다.

우리는 비목질 섬유(non-woody fibers) 생산을 위한 최적 조건을 규명하기 위해, 볏짚(쌀겨)의 defibration(섬유화/해섬유화) 거동에 대한 기계적 처리의 영향을 조사하였다. 본 연구는 서로 다른 기계적 처리 방법, 고형물 일관성(solid consistency) 수준, 작업 온도에서 볏짚의 defibration 거동을 관찰하였다. 전통적 valley beater와 고속 그라인더(high speed grinder) 등 두 가지 기계적 처리 방법을 적용하였다. 고속 그라인더에 의한 충격은 valley beater에 비해 각각 더 많은 섬유 및 미분(fines)을 생성하였다. 동일한 기계적 처리 방법 하에서, 더 높은 고형물 일관성과 더 높은 작업 온도는 더 많은 섬유 생성을 촉진할 수 있었다. 그 결과, 본 연구는 완화된 알칼리 전처리 및 이어지는 최적의 기계적 defibration 조건을 통해 볏짚으로부터 비목질 셀룰로오스 섬유를 효과적으로 생산할 가능성을 보여주었다.