KR101856497B1 - Microfibrillated cellulose and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a microfibrillated cellulose which is surface-modified with ammonium ions having weight average molecular weight of 300 to 10,000, and a production method thereof. Since the microfibrillated cellulose has hydrophilicity and hydrophobicity, microfibrillated cellulose can be easily dispersed, while re-agglomeration due to hydrogen bonding is minimized.

Description

미소섬유상 셀룰로오스 및 이의 제조방법{MICROFIBRILLATED CELLULOSE AND PREPARATION METHOD THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a microfibrous cellulose and a method for producing the microfibrous cellulose.

본 발명은 친수성과 소수성을 모두 가지므로 분산이 용이하며, 수소 결합에 의한 재응집이 최소화되는 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microfibrous cellulose which has both hydrophilicity and hydrophobicity and is easily dispersed and surface-modified with ammonium ion, which minimizes re-aggregation due to hydrogen bonding, and a method for producing the microfibrous cellulose.

셀룰로오스는 나무, 면화, 삼과 같은 대부분의 식물체뿐만 아니라 미더덕, 우렁쉥이와 같은 건조 표피를 가지는 동물에서도 발견되는 지구상에서 가장 흔한 천연고분자로서, β-D-글루코스의 1번 탄소와 4번 탄소가 결합된 1-4 글루코시드 결합을 통해 선형구조를 이룬 고분자 다당류이며, 분자량은 4.6×105 내지는 1.7×106 이다. 셀룰로오스는 식물들의 골격을 형성하는 구조단위로서 모든 고등식물 세포들의 세포막의 주요 구성성분으로 식물, 특히 목재가 높은 강도를 유지하는데 핵심적인 역할을 한다.Cellulose is one of the most common natural polymers found on the earth, found in most plants such as wood, cotton, and shrub, as well as in animals with dry epidermis such as muddock and urchins, 1-4 glucosidic linkages and has a molecular weight of 4.6 × 10 5 to 1.7 × 10 6 . Cellulose is a structural unit that forms the skeleton of plants. It is a major component of the cell membrane of all higher plant cells, and plants, especially wood, play a key role in maintaining high strength.

유효직경이 약 6 내지 7Å인 셀룰로오스 분자들은 수소결합을 통하여 규칙성을 가지며 강하게 결합되어 직경이 2 내지 5nm의 미소섬유상 셀룰로오스(microfibrillated 또는 nanofibrillated cellulose)들을 형성하고 있으며, 이러한 미소섬유상 셀룰로오스가 모여 섬유를 형성하고 이 섬유들이 식물들의 세포막을 구성한다.Cellulosic molecules having an effective diameter of about 6 to 7 angstroms are regularly bonded through hydrogen bonding and are strongly bonded to form microfibrillated or nanofibrillated cellulose having a diameter of 2 to 5 nm. And these fibers constitute the cell membranes of the plants.

최근 미소섬유상 셀룰로오스는 새로운 기능성 재료로서, 화학적, 물리적, 광학적 장점으로 인해 다양한 응용분야에서 활용되고 있다. 과거부터 자동차의 차체에 적용하기 위한 바이오 고분자 복합소재의 첨가제, 식품 및 전자기기의 배리어 필름, 화장품의 첨가제, 시멘트의 첨가제 등에 상용화를 진행하고 있으며, 최근에는 압력 센서, 물이나 공기를 위한 미세필터, 플렉서블 디스플레이 기판의 재료, 플렉서블 태양전지 재료, 전자기기의 봉지재, 광학기기, 약물전달 등과 같은 고부가가치 분야에 응용범위가 확대되고 있다.Recently, microfibrous cellulose has been utilized as a new functional material in various applications due to its chemical, physical and optical merits. In the past, it has been commercialized as an additive for bio-polymer composite materials for automobile bodywork, as a barrier film for foods and electronic devices, as an additive for cosmetics, and as an additive for cement. In recent years, , Flexible display substrates, flexible solar cell materials, encapsulants for electronic devices, optical instruments, and drug delivery.

이러한 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법은 산-가수분해법, 전기방사법, 박테리아 배양법, 기계적-물리적 방법 등이 있는데, 특히 기계적-물리적 방법을 통해 제조하는 방법은 물성 및 대량생산 측면에서 가장 유망한 기술로 평가되고 있다. Methods for producing such microfibrous cellulose include acid-hydrolysis, electrospinning, bacterial culture, and mechanical-physical methods. Particularly, the method of manufacturing by mechanical-physical method is evaluated as the most promising technique in terms of physical properties and mass production have.

그러나 기계적 또는 물리적 방법은 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 잔존하는 하이드록실기(hydroxyl group)로 인한 수소결합으로 셀룰로오스에서 미소섬유상 셀룰로오스로 분리한 후에도 재응집이 된다는 문제점이 있다.However, the mechanical or physical method has a problem of re-agglomeration even after being separated from cellulose into microfibrous cellulose by hydrogen bonding due to a hydroxyl group remaining on the surface of microfibrous cellulose.

특히, 이러한 응집현상은 이종소재와의 복합화 과정에서 미소섬유상 셀룰로오스의 분산을 저해하는 큰 요인으로 작용하므로, 이를 해결하기 위해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 재응집 예방 및 용이한 분산을 위해 추가적인 표면개질 공정이 필요하다. 이 과정에서 미소섬유상 셀룰로오스 제조공정에서 소요되는 에너지에 상응하는 분쇄력(Pulverization Force), 전단력(Shear Force), 공동화 에너지(Cavitation) 등의 추가 소요 에너지 비용이 발생할 뿐만 아니라 이러한 추가적인 높은 에너지를 이용한 재분산 처리는 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화 및 종횡비를 낮추어 미소섬유상 셀룰로오스의 기계적, 화학적 성능저하를 가져온다는 문제점이 있다.Particularly, such coagulation phenomenon acts as a major factor for inhibiting the dispersion of microfibrous cellulose in the process of compounding with heterogeneous materials. Therefore, in order to prevent re-agglomeration of microfibrous cellulose and to disperse easily, Is required. In this process, additional energy costs such as pulverization force, shear force, and cavitation corresponding to the energy required in the microfibrous cellulose manufacturing process are incurred, Dispersion treatment has a problem that crystallization and aspect ratio of microfibrous cellulose are lowered, resulting in deterioration of mechanical and chemical performance of microfibrous cellulose.

본 발명의 목적은 친수성과 소수성을 모두 가짐에 따라 분산이 용이하고, 수소 결합에 의한 재응집이 최소화되는 고품질의 미소섬유상 셀룰로오스 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a high-quality microfibrous cellulose having both hydrophilicity and hydrophobicity and being easily dispersed and minimizing re-aggregation due to hydrogen bonding, and a method for producing the microfibrous cellulose.

상기 목적을 달성하기 위해 일 실시예는,In order to achieve the above object,

하기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스(microfibrillated cellulose)를 제공한다:There is provided a microfibrillated cellulose represented by the following Chemical Formula 1 and surface-modified with an ammonium ion having a weight average molecular weight of 300 to 10,000:

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112017048572031-pat00001
Figure 112017048572031-pat00001

상기 화학식 1 중,In Formula 1,

R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기이다.R 1 to R 4 independently represent hydrogen, deuterium, C 1 -C 60 alkyl, C 2 -C 60 alkenyl, C 2 -C 60 alkynyl, C 3 -C 60 cycloalkyl, C 3 -C 60 A cycloalkenyl group or a C 6 -C 60 aryl group.

또한, 일 실시예는,Further, in one embodiment,

(a) 셀룰로오스를 극성 용매에 침지시켜 팽윤시키는 단계;(a) swelling cellulose by immersing it in a polar solvent;

(b) 상기 팽윤된 셀룰로오스와 상기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온을 상기 극성 용매 내에서 혼합시키는 단계; 및(b) mixing the swollen cellulose with the ammonium ion represented by Formula 1 and having a weight average molecular weight of 300 to 10,000 in the polar solvent; And

(c) 상기 팽윤된 셀룰로오스와 상기 암모늄 이온의 혼합물을 전단 장치를 이용하여 피브릴화하여 상기 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스를 얻는 단계;를 포함하는, 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법을 제공한다.(c) fibrillating the mixture of the swollen cellulose and the ammonium ion using a shearing device to obtain a microfibrous cellulose surface-modified with the ammonium ion; and .

본 발명에 따른 미소섬유상 셀룰로오스는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 결합된 암모늄 이온 중 소수성을 가지는 치환기로 인해 소수성의 특성을 갖는 소재에 분산시키기 용이하다.The microfibrous cellulose according to the present invention is easily dispersed in a material having hydrophobic characteristics due to a hydrophobic substituent among ammonium ions bonded to the surface of microfibrous cellulose.

또한, 상기 미소섬유상 셀룰로오스는 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 결합된 암모늄 이온으로 인해 부여되는 입체 장애 효과로 수소 결합에 의한 재응집이 최소화되므로 고품질의 미소섬유상 셀룰로오스로서 존재할 수 있다.In addition, the microfibrous cellulose may be present as a high-quality microfibrous cellulose since the re-aggregation due to hydrogen bonding is minimized due to the steric hindrance effect imparted by the ammonium ion bonded to the surface of the microfibrous cellulose.

본 발명에 따른 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법에 따르면, 셀룰로오스를 피브릴화하는 단계와 셀룰로오스를 표면 개질하는 단계가 동시에 이루어짐으로써 미소섬유상 셀룰로오스의 수소 결합에 의한 응집을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 높은 에너지를 요하는 분산 공정이 따로 필요하지 않으므로 높은 결정화도와 높은 종횡비를 갖는 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있다.According to the method for producing microfibrous cellulose according to the present invention, since the step of fibrillating cellulose and the step of modifying the surface of cellulose are simultaneously performed, it is possible to prevent aggregation by hydrogen bonding of microfibrous cellulose, It is possible to produce a microfibrous cellulose having a high degree of crystallinity and a high aspect ratio.

도 1은 셀룰로오스의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 2는 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스를 나타낸 모식도이다.
도 3은 실시예에서 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 SEM 사진을 나타낸다.
도 4는 비교예에서 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 SEM 사진을 나타낸다.
도 5는 메탄올에서 실시예 및 비교예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 용매 분산도를 나타낸 것이다.
도 6은 에틸 아세테이트에서 실시예 및 비교예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 용매 분산도를 나타낸 것이다.
도 7은 톨루엔에서 실시예 및 비교예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 용매 분산도를 나타낸 것이다.
1 is a schematic view showing the structure of cellulose.
2 is a schematic view showing a microfibrous cellulose surface-modified with ammonium ions.
3 shows an SEM photograph of the microfibrous cellulose prepared in the example.
Fig. 4 shows an SEM photograph of the microfibrous cellulose prepared in the comparative example.
Fig. 5 shows the solvent dispersion of microfibrous cellulose produced in Examples and Comparative Examples in methanol.
Fig. 6 shows the solvent dispersion of the microfibrous cellulose prepared in Examples and Comparative Examples in ethyl acetate. Fig.
Fig. 7 shows the solvent dispersions of the microfibrous cellulose prepared in Examples and Comparative Examples in toluene. Fig.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. The embodiments can be modified into various forms as long as the gist of the invention is not changed.

본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.As used herein, " comprising "means that other elements may be included unless otherwise specified.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스 및 이의 제조방법을 제공한다:The present invention provides a microfibrous cellulose represented by the following general formula (1) and surface-modified with ammonium ions having a weight average molecular weight of 300 to 10,000, and a process for producing the microfibrous cellulose:

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112017048572031-pat00002
Figure 112017048572031-pat00002

상기 화학식 1 중,In Formula 1,

R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기이다.R 1 to R 4 independently represent hydrogen, deuterium, C 1 -C 60 alkyl, C 2 -C 60 alkenyl, C 2 -C 60 alkynyl, C 3 -C 60 cycloalkyl, C 3 -C 60 A cycloalkenyl group or a C 6 -C 60 aryl group.

[[ 미소섬유상Fibrous fibrous 셀룰로오스] cellulose]

일 실시예에 따른 미소섬유상 셀룰로오스는 암모늄 이온으로 표면 개질된 것을 특징으로 한다.The microfibrous cellulose according to one embodiment is characterized in that it is surface-modified with ammonium ions.

상기 암모늄 이온은 하기 화학식 1로 표시된다.The ammonium ion is represented by the following formula (1).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112017048572031-pat00003
Figure 112017048572031-pat00003

상기 화학식 1 중,In Formula 1,

R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기이다.R 1 to R 4 independently represent hydrogen, deuterium, C 1 -C 60 alkyl, C 2 -C 60 alkenyl, C 2 -C 60 alkynyl, C 3 -C 60 cycloalkyl, C 3 -C 60 A cycloalkenyl group or a C 6 -C 60 aryl group.

상기 R1 내지 R4가 서로 독립적으로, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기인 경우, 서로 독립적으로 C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상의 치환기로 치환되거나 비치환되고, 복수 개의 치환기로 치환된 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.Wherein R 1 to R 4 independently represent a C 1 -C 60 alkyl group, a C 2 -C 60 alkenyl group, a C 2 -C 60 alkynyl group, a C 3 -C 60 cycloalkyl group, a C 3 -C 60 cycloalkenyl group Or a C 6 -C 60 aryl group, each independently of the other, a C 1 -C 60 alkyl group, a C 2 -C 60 alkenyl group, a C 2 -C 60 alkynyl group, a C 3 -C 60 cycloalkyl group, a C 3 -C 60 cyclo An alkenyl group or a C 6 -C 60 aryl group, and when they are substituted with a plurality of substituents, they may be the same or different from each other.

상기 "알킬기"는 탄소수 1 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 그 예로서, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The above-mentioned "alkyl group" means a monovalent substituent derived from a linear or branched saturated hydrocarbon having 1 to 60 carbon atoms. Examples thereof include, but are not limited to, methyl, ethyl, propyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl and hexyl.

상기 "알케닐(alkenyl)기"는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The "alkenyl group" as used herein means a monovalent substituent derived from a straight-chain or branched-chain unsaturated hydrocarbon having 2 to 60 carbon atoms and having at least one carbon-carbon double bond. Examples thereof include, but are not limited to, vinyl, allyl, isopropenyl, 2-butenyl, and the like.

상기 "알키닐(alkynyl)기"는 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 2 내지 60 개의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로피닐(2-propynyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The above-mentioned "alkynyl group" means a monovalent substituent derived from a straight-chain or branched-chain unsaturated hydrocarbon having 2 to 60 carbon atoms and having at least one carbon-carbon triple bond. Examples thereof include, but are not limited to, ethynyl, 2-propynyl, and the like.

상기 "시클로알킬기"는 탄소수 3 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 노르보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The "cycloalkyl group" means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 60 carbon atoms. Examples of such cycloalkyls include, but are not limited to, cyclopropyl, cyclopentyl, cyclohexyl, norbornyl, adamantine, and the like.

상기 "시클로알케닐기"는 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진 탄소수 3 내지 60 개의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다.The above-mentioned "cycloalkenyl group" means a monovalent substituent derived from a monocyclic or polycyclic non-aromatic hydrocarbon having 3 to 60 carbon atoms and having at least one carbon-carbon double bond.

상기 "아릴기"는 단독 고리 또는 2 이상의 고리가 조합된 탄소수 6 내지 60개의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The "aryl group" means a monovalent substituent derived from a C6-C60 aromatic hydrocarbon having a single ring or a combination of two or more rings. Also, a form in which two or more rings are pendant or condensed with each other may be included. Examples of such aryl include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, phenanthryl, anthryl, and the like.

상기 암모늄 이온의 중량평균분자량은 300 내지 10,000이다. 구체적으로, 상기 암모늄 이온의 중량평균분자량은 450 내지 7,500이다. 더욱 구체적으로, 상기 암모늄 이온의 중량평균분자량은 500 내지 5,000일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The weight average molecular weight of the ammonium ion is 300 to 10,000. Specifically, the weight average molecular weight of the ammonium ion is 450 to 7,500. More specifically, the weight average molecular weight of the ammonium ion may be 500 to 5,000, but is not limited thereto.

상기 암모늄 이온의 중량평균분자량이 상기 범위일 때, 상기 미소섬유상 셀룰로오스가 소수성의 특성을 갖는 소재에 분산되기에 용이하다. When the weight average molecular weight of the ammonium ion is in the above range, the microfibrous cellulose is easily dispersed in a material having hydrophobic characteristics.

상기 암모늄 이온은 2차 암모늄 이온, 3차 암모늄 이온 및 4차 암모늄 이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이다.The ammonium ion is at least one selected from the group consisting of a secondary ammonium ion, a tertiary ammonium ion, and a quaternary ammonium ion.

예를 들어, 상기 암모늄 이온은 C18-C60알킬기가 2개 치환된 2차 암모늄 이온일 수 있다. 또는 상기 암모늄 이온은 C18-C60알킬기가 1개, C18-C60아릴기가 1개 치환된 2차 암모늄 이온일 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 암모늄 이온은 C18-C60알킬기가 2개, C6-C60아릴기가 1개 치환된 3차 암모늄 이온일 수 있다. 또는 상기 암모늄 이온은 C6-C60알킬기가 4개 치환된 4차 암모늄이온일 수 있다.For example, the ammonium ion may be a C 18 -C 60 alkyl group is substituted with two secondary ammonium ion. Or the ammonium ion may be a C 18 -C 60 alkyl group is 1, C 18 -C 60 aryl group substituted with one secondary ammonium ion. As another example, the ammonium ion may be a tertiary ammonium ion having two C 18 -C 60 alkyl groups and one C 6 -C 60 aryl group substituted. Or the ammonium ion may be a quaternary ammonium ion in which four C 6 -C 60 alkyl groups are substituted.

상기 암모늄 이온이 2차 암모늄 이온, 3차 암모늄 이온 및 4차 암모늄 이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이고, 상기 암모늄 이온이 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 결합되어 있는 경우, 미소섬유상 셀룰로오스의 표면에 잔존하는 하이드록실기(hydroxyl group)로 인한 수소결합으로 셀룰로오스에서 미소섬유상 셀룰로오스로 분리한 후에도 재응집이 되는 문제를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 소수성의 특성을 갖는 소재에도 용이하게 분산이 가능하다.When the ammonium ion is at least one selected from the group consisting of a secondary ammonium ion, a tertiary ammonium ion and a quaternary ammonium ion and the ammonium ion is bonded to the surface of the microfibrous cellulose, It is possible to prevent the problem of re-agglomeration even after separation into cellulosic fibrous cellulose by hydrogen bonding due to a hydroxyl group of hydroxyl groups, and it is also possible to easily disperse into a material having hydrophobic characteristics.

상기 암모늄 이온은 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기에 정전기적 인력에 의해 결합된다.The ammonium ion is bound to the -OH group of the microfibril cellulose by an electrostatic attractive force.

상기 미소섬유상 셀룰로오스에는 -OH기(하이드록실기, hydroxyl group)가 존재하고 -OH기와 H 사이에 강한 수소결합이 존재한다. 그러나, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기에 상기 암모늄 이온이 정전기적 인력에 의해 결합됨으로써 수소결합을 약화시킬 수 있다.There is -OH group (hydroxyl group) in the microfibrous cellulose and strong hydrogen bond exists between -OH group and H. However, hydrogen bonding can be weakened by binding the ammonium ion to the -OH group of the microfibrous cellulose by electrostatic attraction.

구체적으로, 상기 -OH기에서 산소의 전기음성도가 크기 때문에 산소는 부분적으로 음전하를 띄고, 암모늄 이온에서 N는 양전하를 띄므로, 암모늄 이온의 N과 -OH기의 O 사이에 정전기적 인력이 작용한다. Specifically, since the electronegativity of oxygen in the -OH group is large, oxygen is partially negatively charged and N in the ammonium ion is positively charged. Therefore, electrostatic attraction between N of the ammonium ion and O of the -OH group .

상기 암모늄 이온이 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기에 정전기적 인력에 의해 결합됨으로써 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스가 재응집되는 문제를 방지할 수 있다.It is possible to prevent the problem that the fibrillated microfibrous cellulose is re-agglomerated by binding the ammonium ion to the -OH group of the microfibrous cellulose by electrostatic attraction.

상기 미소섬유상 셀룰로오스는 마이크로피브릴화 셀룰로오스(microfibrillated cellulose) 또는 나노피브릴화 셀룰로오스(nanofibrillated cellulose)이다.The microfibrillated cellulose is microfibrillated cellulose or nanofibrillated cellulose.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경은 5 nm 내지 100 nm이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경은 5 nm 내지 50 nm, 더욱 구체적으로는 5 nm 내지 10 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The microfibrous cellulose has a diameter of 5 nm to 100 nm. Specifically, the diameter of the microfibrous cellulose may be 5 nm to 50 nm, more specifically 5 nm to 10 nm, but is not limited thereto.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 500 ㎛이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 길이는 100 nm 내지 100 ㎛, 더욱 구체적으로는 100 nm 내지 10 ㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. The length of the microfibrous cellulose is 100 nm to 500 탆. Specifically, the length of the microfibrous cellulose may be 100 nm to 100 탆, more specifically, 100 nm to 10 탆, but is not limited thereto.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이는 미소섬유상 셀룰로오스 분산액을 기판상에 얇게 캐스트하고 건조한 후, 원자간힘현미경(AFM, Atomic Force Microscope)을 이용해 관찰하여, 측정한 복수의 섬유 길이 및 직경의 평균값을 의미한다.The diameter and length of the microfibrous cellulose are obtained by thinly casting a microfibrous cellulose dispersion on a substrate and drying the microfibrous cellulose dispersion, measuring the average length of the plurality of fibers and the diameter measured by AFM (Atomic Force Microscope) do.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경 및 길이가 상기 범위인 경우, 고품질의 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있고, 재응집을 예방할 수 있으며, 특히 고분자 복합재료의 첨가제로 사용시 분산시키기 유리하다.When the diameter and the length of the microfibrous cellulose are in the above range, it is possible to produce a microfibrous cellulose of high quality and to prevent re-aggregation. In particular, it is advantageous to disperse it when used as an additive for a polymer composite material.

상기 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량은 상기 미소섬유상 셀룰로오스 총 중량을 기준으로, 0.1 내지 5 중량%이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량은 0.1 내지 3 중량%이다. 더욱 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량은 0.1 내지 1 중량%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The content of ammonium ion in the microfibrous cellulose is 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the microfibrous cellulose. Specifically, the content of ammonium ions in the microfibrous cellulose is 0.1 to 3% by weight. More specifically, the content of ammonium ions in the microfibrous cellulose may be 0.1 to 1% by weight, but is not limited thereto.

상기 미소섬유상 셀룰로오스 중 암모늄 이온의 함유량이 상기 범위인 경우, 재응집을 예방할 수 있고 소수성의 특성을 갖는 고분자 복합재료에 분산시키기 용이하며, 비용적인 면에서도 경제적이다.When the content of the ammonium ion in the microfibrous cellulose is in the above range, re-aggregation can be prevented, dispersion in a polymer composite material having hydrophobic properties is facilitated, and it is economical in terms of cost.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도는 50 내지 100%이다. 구체적으로, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도는 70 내지 100%, 더욱 구체적으로는 80 내지 100%일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The crystallinity of the microfibrous cellulose is 50 to 100%. Specifically, the crystallinity of the microfibrous cellulose may be 70 to 100%, more specifically 80 to 100%, but is not limited thereto.

상기 결정화도는 미소섬유상 셀룰로오스의 총 중량 중 결정성 부분의 중량이 차지하는 비율이다.The crystallinity is the ratio of the weight of the crystalline portion to the total weight of the microfibrous cellulose.

상기 미소섬유상 셀룰로오스의 결정화도가 상기 범위인 경우, 상기 미소섬유상 셀룰로오스의 기계적 강도를 높이는데 유리하다. When the crystallinity of the microfibrous cellulose is in the above range, it is advantageous to increase the mechanical strength of the microfibrous cellulose.

상기 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스는 친수성 특성을 갖는 미소섬유상 셀룰로오스와 소수성 특성을 갖는 상기 암모늄 이온이 결합됨으로써, 상기 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스는 이종소재와의 복합화 과정에서 친수성 뿐만 아니라 소수성 소재로도 분산이 용이하다. The microfibrous cellulose that is surface-modified with the ammonium ion is bonded to the microfibrous cellulose having the hydrophilic property and the ammonium ion having the hydrophobic property so that the surface-modified microfibrous cellulose is not only hydrophilic but also hydrophobic It is easy to disperse even when it is.

따라서, 셀룰로오스 본연의 높은 기계적 물성, 낮은 열팽창계수, 높은 비표면적 특성, 높은 종횡비, 투명성 및 높은 치수안정성을 가짐으로써 고분자 복합재료의 필러, 압력 센서, 물이나 공기를 위한 필터, 플렉서블 디스플레이 기판의 재료, 플렉서블 태양전지 재료, 전자기기의 봉지재, 광학기기, 약물전달 등과 같은 고부가가치 분야에의 활용이 가능하다.Therefore, by having high mechanical properties, low coefficient of thermal expansion, high specific surface area, high aspect ratio, high transparency and high dimensional stability, it is possible to provide a filler, a pressure sensor for a polymer composite, a filter for water or air, , Flexible solar cell materials, sealing materials for electronic devices, optical devices, drug delivery, and the like.

[[ 미소섬유상Fibrous fibrous 셀룰로오스의 제조방법] Method for producing cellulose]

일 실시예에 있어서, 상술한 미소섬유상 셀룰로오스를 제조하는 방법은, In one embodiment, the method of producing the microfibrous cellulose described above comprises:

(a) 셀룰로오스를 극성 용매에 침지시켜 팽윤시키는 단계;(a) swelling cellulose by immersing it in a polar solvent;

(b) 상기 팽윤된 셀룰로오스와 하기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온을 상기 극성 용매 내에서 혼합시키는 단계; 및(b) mixing the swollen cellulose with the ammonium ion represented by the following formula (1) and having a weight average molecular weight of 300 to 10,000 in the polar solvent; And

(c) 상기 팽윤된 셀룰로오스와 상기 암모늄 이온의 혼합물을 전단 장치를 이용하여 피브릴화하여 상기 암모늄 이온으로 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스를 얻는 단계;를 포함한다.(c) fibrillating the mixture of the swollen cellulose and the ammonium ion using a shearing device to obtain a microfibrous cellulose surface-modified with the ammonium ion.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112017048572031-pat00004
Figure 112017048572031-pat00004

상기 화학식 1에 대한 설명은 상기 [미소섬유상 셀룰로오스]에 기재된 설명을 참조한다.The description of Formula 1 refers to the description given in [Fibrous Cellulose] above.

먼저, 셀룰로오스를 극성 용매에 First, cellulose was dissolved in a polar solvent 침지시켜Immerse 팽윤시킨다. Swell.

상기 셀룰로오스는 특별히 한정되지 않으며, 셀룰로오스 함유 재료로부터 유래한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 펄프(Pulp), 화학펄프, 기계식 펄프, 재생펄프, 셀룰로오스 분말 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기 셀룰로오스 함유 재료의 예로써, 천연섬유인 식물이나 박테리아가 제조하는 셀룰로오스 섬유나 아세트산 셀룰로오스 등의 셀룰로오스 유도체, 멍게류, 새우나 게 등의 갑각류에 함유되는 키틴이나 키토산 등의 키틴 유도체, 비단, 거미줄 등의 단백질 섬유 또는 천연 고무 섬유를 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 식물을 원료로 하는 셀룰로오스 섬유 함유 재료는 침엽수 또는 활엽수 등의 목재, 코튼, 삼, 또는 양마 등이 있을 수 있다. 침엽수나 활엽수 등의 목재에서 얻어진 셀룰로오스 섬유는 매우 미세하게 구성되어 강도가 높고, 지구상에서 가장 많이 분포하고 있는 생물 자원으로서 생산성 측면에서 실용성이 높아 활용하기에 좋을 수 있다.The cellulose is not particularly limited, and one derived from a cellulose-containing material can be used. For example, pulp, chemical pulp, mechanical pulp, recycled pulp, cellulose powder or a mixture thereof can be used. Examples of the cellulose-containing material include cellulosic fibers such as cellulosic fibers and cellulose acetate produced by plants or bacteria that are natural fibers, chitin derivatives such as chitin and chitosan contained in crustaceans such as sea urchins, shrimp and crabs, , And the like, but the present invention is not limited thereto. In addition, the cellulose fiber-containing material containing plant as a raw material may be wood such as coniferous or hardwood, cotton, hemp, or sheep. Cellulosic fibers obtained from wood such as coniferous trees and broad-leaved trees are very finely structured and have high strength and are the most distributed biomass on the planet.

이 때 사용하는 셀룰로오스는 결정의 직경이 10 내지 1,000 ㎛이고, 길이가 0.1 내지 100 mm일 수 있다. 구체적으로, 사용하는 셀룰로오스는 결정의 직경이 10 내지 500 ㎛이고, 길이가 0.1 내지 50 mm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The cellulose used in this case may have a diameter of 10 to 1,000 mu m and a length of 0.1 to 100 mm. Specifically, the cellulose used may have a diameter of 10 to 500 mu m and a length of 0.1 to 50 mm, but is not limited thereto.

상기 극성 용매는 극성 양성자성 용매 또는 극성 비양성자성 용매이다.The polar solvent is a polar protic solvent or a polar aprotic solvent.

구체적으로, 상기 극성 용매는 물, 다이메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 헥사메틸포스포아마이드(hexamethylphosphoramide, HAPA), 다이메틸아세트 아마이드(dimethylacetamide, DMAc), 포름아마이드(formamide), 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF), 포름산(formic acid), N-메틸모르폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide, NMMO), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 피리딘(pyridine), 수산화나트륨/우레아 수용액, 수산화칼륨/우레아 수용액, 수산화암모늄/우레아 수용액 및 이온성 액체(Ionic liquid)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the polar solvent is selected from the group consisting of water, dimethyl sulfoxide (DMSO), hexamethylphosphoramide (HAPA), dimethylacetamide (DMAc), formamide, dimethylformamide Dimethylformamide (DMF), formic acid, N-methylmorpholine-N-oxide (NMMO), ethylene glycol, pyridine, sodium hydroxide / urea solution , An aqueous solution of potassium hydroxide / urea, an aqueous solution of ammonium hydroxide / urea, and an ionic liquid (Ionic liquid).

상기 극성 용매의 pH는 5 내지 14 범위에서 선택될 수 있다.The pH of the polar solvent may be selected in the range of 5 to 14.

상기 셀룰로오스는 상기 극성 용매에 침지시킬 때 상기 극성 용매의 온도는 0 내지 80 ℃의 범위에서 선택될 수 있다.When the cellulose is immersed in the polar solvent, the temperature of the polar solvent may be selected in the range of 0 to 80 ° C.

또한, 상기 셀룰로오스를 극성 용매에 0.5 내지 5 시간 동안 침지시킬 수 있다.Further, the cellulose may be immersed in a polar solvent for 0.5 to 5 hours.

다음으로, 상기 Next, 팽윤된Swollen 셀룰로오스와 상기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온을 상기 극성 용매 내에서 혼합시킨다. Cellulose and an ammonium ion represented by Formula 1 and having a weight average molecular weight of 300 to 10,000 are mixed in the polar solvent.

상기 암모늄 이온에 대한 설명은 상기 [미소섬유상 셀룰로오스]에 기재된 설명을 참조한다.For the description of the ammonium ion, refer to the description given in [microfibrous cellulose].

상기 암모늄 이온이 상기 팽윤된 셀룰로오스에 결합될 수 있도록 충분히 혼합시킨다.Sufficiently mixed so that the ammonium ion can be bound to the swollen cellulose.

상기 혼합은 호모게나이저, 쿠에트테일러 반응기, 고압 균질기 및 이들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 장치를 이용하여 수행될 수 있다.The mixing can be carried out using an apparatus selected from the group consisting of a homogenizer, a quattro Taylor reactor, a high pressure homogenizer, and combinations thereof.

이어서, 상기 Subsequently, 팽윤된Swollen 셀룰로오스와 상기 암모늄 이온의 혼합물을 전단 장치를 이용하여  A mixture of cellulose and the ammonium ion was prepared using a shear device 피브릴화하여Fibrillated 상기 암모늄 이온으로 표면  As the ammonium ion, 개질된Reformed 미소섬유상Fibrous fibrous 셀룰로오Cellulose 스를 얻는다.I get a lot.

상기 전단 장치는 높은 전단력을 가지는 장비를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 전단 장치는 고압 호모게나이저(High-pressure Homogenizer), 그라인더(Grinder), 극저온 분쇄기(Cryocrushing), 초음파 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치일 수 있다.The shearing apparatus can use equipment having a high shearing force. Specifically, the shearing apparatus may be a device selected from the group consisting of a high-pressure homogenizer, a grinder, a cryocooling, ultrasonic waves, and a combination thereof.

상기 고압 호모게나이저는 상기 팽윤된 셀룰로오스가 높은 압력으로 얇은 슬릿(slit)을 빠르게 지나가면서 큰 전단력과 충격력을 받게 되어 미소섬유상 셀룰로오스로 피브릴화되는 원리를 이용하는 장치이다.The high-pressure homogenizer is a device that utilizes the principle that the swelled cellulose rapidly fills a thin slit at a high pressure and is subjected to a large shearing force and an impact force to be fibrillated with microfibrous cellulose.

또한, 상기 그라인더는 숫돌(grinding stone)에 의해 발생하는 전단력과 마찰력을 이용하여 미소섬유상 셀룰로오스로 피브릴화되는 원리를 이용하는 장치이다.In addition, the grinder is a device that utilizes the principle of fibrillating with a microfibrous cellulose using a shearing force and a frictional force generated by a grinding stone.

또한, 선택적으로 얻어진 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 세척 및 분리 단계를 수행할 수 있다. In addition, washing and separation steps of selectively obtaining the surface-modified microfibrous cellulose can be performed.

상기 세척 및 분리는 필터프레스, 원심분리기, 데칸트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치를 이용하여 수행될 수 있다.The cleaning and separation may be performed using an apparatus selected from the group consisting of a filter press, a centrifuge, a decanter, and combinations thereof.

상술한 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법에 있어서, 상기 미소섬유상 셀룰로오스에 대한 설명은 상기 [미소섬유상 셀룰로오스]에 기재된 설명을 참조한다.In the above-mentioned method for producing microfine fiber cellulose, the description of the microfine fiber cellulose is described in the above description of [microfine cellulose].

상술한 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법을 통하여, 분산이 용이하고, 재응집이 최소화되며, 셀룰로오스 본연의 높은 기계적 물성, 낮은 열팽창계수, 높은 비표면적 특성, 높은 종횡비, 투명성 및 높은 치수안정성을 가지는 미소섬유상 셀룰로오스를 제조할 수 있다.The above-described method for producing microfibrous cellulose enables easy dispersion, minimizes re-aggregation, and is useful as a fine fibrous material having a high mechanical property, low thermal expansion coefficient, high specific surface area, high aspect ratio, transparency and high dimensional stability Cellulose can be produced.

상기 내용을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 실시예의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The above contents will be described in more detail by the following examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example : 본 발명에 따른  : According to the invention 미소섬유상Fibrous fibrous 셀룰로오스의 제조 Manufacture of Cellulose

팽윤된Swollen 셀룰로오스의 제조 Manufacture of Cellulose

호모게나이저, 온도계 및 항온장치가 연결된 1,000 ml 용량의 자켓 타입 반응기에 5 중량% NaOH 수용액 500 ml 및 펄프 분말 25.0 g을 넣고 상온에서 1 시간 동안 3,000 rpm으로 교반한 후, 24 시간 이상 상온 방치하여, 물 분자에 의해 팽윤된 셀룰로오스를 제조하였다.500 ml of a 5 wt% NaOH aqueous solution and 25.0 g of pulp powder were placed in a 1,000-ml jacketed reactor connected to a homogenizer, a thermometer and a thermostat, and the mixture was stirred at 3,000 rpm for 1 hour at room temperature. , And celluloses swollen by water molecules were prepared.

미소섬유상Fibrous fibrous 셀룰로오스의 제조 Manufacture of Cellulose

호모게나이저, 온도계 및 항온장치가 연결된 1,000 ml 용량의 자켓 타입 반응기에 5 중량% NaOH 수용액, 상기 제조된 팽윤된 셀룰로오스 및 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드(Dimethyldioctadecylammonium chloride) 2.5 g을 넣고 상온에서 1 시간 동안 3,000 rpm으로 교반하였다. 이어서, 고압 호모게나이저를 이용하여 고압으로 전단력을 가함으로써 팽윤된 셀룰로오스를 피브릴화하고, 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스 표면의 -OH기와 디메틸디옥타데실암모늄 클로라이드를 반응시켜 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스 분산액을 제조하였다. 상기 분산액을 여과기를 이용하여 pH가 5 이상이 될 때까지 수세하여 NaOH 수용액을 제거하였다. pH가 5 이상이 된 후 잔존하는 물이 함유된 미소섬유상 셀룰로오스를 60℃의 건조기에서 24 시간 동안 건조시켜 분말 형태의 미소섬유상 셀룰로오스를 제조하였다.A 5 wt% NaOH aqueous solution, 2.5 g of the above-prepared swollen cellulose and dimethyldioctadecylammonium chloride were added to a 1,000-ml jacketed reactor connected to a homogenizer, a thermometer and a thermostat, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour And stirred at 3,000 rpm. Subsequently, the swollen cellulose was fibrillated by applying a high shear force at a high pressure using a high-pressure homogenizer, and the -OH group of the surface of the fibrillated microfibrous cellulose was reacted with dimethyl dioctadecylammonium chloride to obtain a fibrillated smile A fibrous cellulose dispersion was prepared. The dispersion was washed with water until the pH reached 5 or more by using a filter to remove the NaOH aqueous solution. The microfibrous cellulose containing water remaining after the pH reached 5 or more was dried in a dryer at 60 캜 for 24 hours to prepare powdery microfibrous cellulose.

비교예Comparative Example : 기존 방법에 따른  : According to existing methods 미소섬유상Fibrous fibrous 셀룰로오스의 제조 Manufacture of Cellulose

상기 실시예에 기재된 것과 마찬가지로 팽윤된 셀룰로오스를 제조하였다. 이후, 호모게나이저, 온도계 및 항온장치가 연결된 1,000 ml 용량의 자켓 타입 반응기에 5 중량% NaOH 수용액 및 팽윤된 셀룰로오스를 넣었다. 이어서, 고압 호모게나이저를 이용하여 고압으로 전단력을 가함으로써 팽윤된 셀룰로오스를 피브릴화함으로써 피브릴화된 미소섬유상 셀룰로오스 분산액을 제조하였다. 상기 분산액을 여과기를 이용하여 pH가 5 이상이 될 때까지 수세하여 NaOH 수용액을 제거하였다. pH가 5 이상이 된 후 잔존하는 물이 함유된 미소섬유상 셀룰로오스를 60℃의 건조기에서 24 시간 동안 건조시켜 분말 형태의 미소섬유상 셀룰로오스를 제조하였다.The swollen cellulose was prepared as described in the above examples. Thereafter, a 5 wt% NaOH aqueous solution and swollen cellulose were placed in a 1,000-ml jacketed reactor equipped with a homogenizer, a thermometer and a thermostat. Subsequently, a fibrillated microfibrillar cellulose dispersion was prepared by fibrillating the swollen cellulose by applying a shear force at a high pressure using a high pressure homogenizer. The dispersion was washed with water until the pH reached 5 or more by using a filter to remove the NaOH aqueous solution. The microfibrous cellulose containing water remaining after the pH reached 5 or more was dried in a dryer at 60 캜 for 24 hours to prepare powdery microfibrous cellulose.

평가예Evaluation example 1 :  One : SEMSEM 사진 Picture

상기 실시예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스 0.05 g을 순수 10 g에 첨가한 후 혼타입의 초음파로 10 분간 처리한 미소섬유상 셀룰로오스 분산액을 황산과 과산화수소가 4:1의 부피비로 혼합된 100℃의 piranha 용액에 10 내지 15분 정도 처리한 실리콘 웨이퍼에 스핀코팅법으로 샘플링한 후 SEM 분석을 실시하였다.The microfibrous cellulose dispersion obtained by adding 0.05 g of the microfibrous cellulose prepared according to the above example to 10 g of pure water and then treating with a horn type ultrasonic wave for 10 minutes was mixed with 100 ml of piranha at 100 ° C mixed with sulfuric acid and hydrogen peroxide in a volume ratio of 4: The solution was sampled by spin coating on a silicon wafer treated for 10 to 15 minutes, and subjected to SEM analysis.

상기 비교예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스 또한 마찬가지 방법으로 SEM 분석을 실시하였다.SEM analysis was also performed on the microfibrous cellulose produced by the above comparative example.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 SEM 사진을 도 3 및 도 4에 나타내었다.SEM photographs of the microfibrous cellulose prepared in the above Examples and Comparative Examples are shown in Figs. 3 and 4. Fig.

평가예Evaluation example 2 : 용매 분산도 2: Solvent dispersion degree

상기 실시예 및 비교예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스를 각각 메탄올(methanol), 에틸 아세테이트(ethyl acetate) 및 톨루엔(toluene)과 같은 유기 용매에 대한 분산 안정도를 평가하였다.The microfibrous cellulose prepared according to the above Examples and Comparative Examples were evaluated for their dispersion stability to organic solvents such as methanol, ethyl acetate and toluene, respectively.

도 5 내지 도 7에서 (A)는 실시예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 용매 분산도를 나타낸 것이고, (B)는 비교예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 용매 분산도를 나타낸 것이다.5 to 7 (A) show the solvent dispersion degree of the microfibrous cellulose produced by the example, and (B) show the solvent dispersion degree of the microfibrous cellulose produced by the comparative example.

도 5는 메탄올에서의 분산 안정도를 평가한 결과이고, 도 6은 에틸 아세테이트에서의 분산 안정도를 평가한 결과이며, 도 7은 톨루엔에서의 분산 안정도를 평가한 결과이다. FIG. 5 shows results of evaluation of dispersion stability in methanol, FIG. 6 shows the results of evaluation of dispersion stability in ethyl acetate, and FIG. 7 shows results of evaluation of dispersion stability in toluene.

도 5 내지 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 비교예에 의해 제조된 미소섬유상 셀룰로오스의 경우 유기 용매에서 응집체가 생기는 것을 확인하였다.As can be seen from FIGS. 5 to 7, it was confirmed that the microfibrous cellulose produced by the comparative example produced aggregates in the organic solvent.

상기 평가예 1 및 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예는 비교예에 비해 암모늄 이온의 치환으로 인해 수소결합이 약화되어 동일한 조건에서 피브릴화되는 효율이 높을 뿐만 아니라, 피브릴화된 후에도 암모늄 이온 중 소수성을 가지는 치환기로 인해 강한 소수성의 특성을 가지므로 유기 용매에서의 분산 안정도도 우수함을 확인하였다.As can be seen from the above evaluation examples 1 and 2, the hydrogen bonding is weakened due to the substitution of ammonium ions in the examples, and the efficiency of fibrillating under the same conditions is higher than that of the comparative examples. It has been confirmed that the dispersion stability in an organic solvent is excellent because it has a strong hydrophobic property due to a substituent having a hydrophobic property in the ion.

Claims (15)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 셀룰로오스를 극성 용매에 침지시켜 팽윤시키는 단계;
(b) 상기 팽윤된 셀룰로오스와 하기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온을 상기 극성 용매 내에서 혼합시키는 단계; 및
(c) 상기 팽윤된 셀룰로오스와 상기 암모늄 이온의 혼합물을 전단 장치를 이용하여 피브릴화하고, 피브릴화된 셀룰로오스 표면의 -OH기와 상기 암모늄 이온이 결합되어 표면 개질된 비산화 미소섬유상 셀룰로오스를 얻는 단계;를 포함하고,
상기 극성 용매는, 수산화나트륨 및 우레아 수용액, 수산화칼륨 및 우레아 수용액, 수산화암모늄 및 우레아 수용액, 및 수산화나트륨 수용액으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법:
<화학식 1>
Figure 112017126453351-pat00006

상기 화학식 1 중,
R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기이다.
(a) swelling cellulose by immersing it in a polar solvent;
(b) mixing the swollen cellulose with the ammonium ion represented by the following formula (1) and having a weight average molecular weight of 300 to 10,000 in the polar solvent; And
(c) fibrillating the mixture of the swollen cellulose and the ammonium ion using a shearing device to obtain a non-oxidized microfibrous cellulose in which the -OH group of the surface of the fibrillated cellulose is bonded with the ammonium ion to modify the surface thereof Comprising:
Wherein the polar solvent is any one selected from the group consisting of aqueous solutions of sodium hydroxide and urea, aqueous solutions of potassium hydroxide and urea, aqueous solutions of ammonium hydroxide and urea, and aqueous solutions of sodium hydroxide.
&Lt; Formula 1 >
Figure 112017126453351-pat00006

In Formula 1,
R 1 to R 4 independently represent hydrogen, deuterium, C 1 -C 60 alkyl, C 2 -C 60 alkenyl, C 2 -C 60 alkynyl, C 3 -C 60 cycloalkyl, C 3 -C 60 A cycloalkenyl group or a C 6 -C 60 aryl group.
삭제delete 제6항에 있어서,
상기 암모늄 이온의 중량평균분자량이 500 내지 5,000인, 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the ammonium ion has a weight average molecular weight of 500 to 5,000.
제6항에 있어서,
상기 암모늄 이온이 2차 암모늄 이온, 3차 암모늄 이온 및 4차 암모늄 이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인, 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the ammonium ion is at least one selected from the group consisting of a secondary ammonium ion, a tertiary ammonium ion and a quaternary ammonium ion.
제6항에 있어서,
상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경이 5 nm 내지 100 nm이고, 길이가 100 nm 내지 500 ㎛인, 미소섬유상 셀룰로오스의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the microfibrous cellulose has a diameter of 5 nm to 100 nm and a length of 100 nm to 500 탆.
제6항의 방법에 따라 제조된 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스(microfibrillated cellulose)로써,
하기 화학식 1로 표시되고 중량평균분자량이 300 내지 10,000인 암모늄 이온으로 표면 개질된 것을 특징으로 하는 표면 개질된 미소섬유상 셀룰로오스:
<화학식 1>
Figure 112017126453351-pat00014

상기 화학식 1 중,
R1 내지 R4는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, C1-C60알킬기, C2-C60알케닐기, C2-C60알키닐기, C3-C60시클로알킬기, C3-C60시클로알케닐기 또는 C6-C60아릴기이다.
A surface-modified microfibrillated cellulose prepared according to the method of claim 6,
A surface-modified microfibrous cellulose represented by the following formula (1) and having a weight average molecular weight of 300 to 10,000:
&Lt; Formula 1 >
Figure 112017126453351-pat00014

In Formula 1,
R 1 to R 4 independently represent hydrogen, deuterium, C 1 -C 60 alkyl, C 2 -C 60 alkenyl, C 2 -C 60 alkynyl, C 3 -C 60 cycloalkyl, C 3 -C 60 A cycloalkenyl group or a C 6 -C 60 aryl group.
제11항에 있어서,
상기 암모늄 이온이 미소섬유상 셀룰로오스의 -OH기에 정전기적 인력에 의해 결합된, 미소섬유상 셀룰로오스.
12. The method of claim 11,
Wherein the ammonium ion is bonded to the -OH group of the microfibrous cellulose by electrostatic attraction.
제11항에 있어서,
상기 암모늄 이온의 중량평균분자량이 500 내지 5,000인, 미소섬유상 셀룰로오스.
12. The method of claim 11,
Wherein the ammonium ion has a weight average molecular weight of 500 to 5,000.
제11항에 있어서,
상기 암모늄 이온이 2차 암모늄 이온, 3차 암모늄 이온 및 4차 암모늄 이온으로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상인, 미소섬유상 셀룰로오스.
12. The method of claim 11,
Wherein the ammonium ion is at least one selected from the group consisting of a secondary ammonium ion, a tertiary ammonium ion and a quaternary ammonium ion.
제11항에 있어서,
상기 미소섬유상 셀룰로오스의 직경이 5 nm 내지 100 nm이고, 길이가 100 nm 내지 500 ㎛인, 미소섬유상 셀룰로오스.
12. The method of claim 11,
Wherein the microfibrous cellulose has a diameter of 5 nm to 100 nm and a length of 100 nm to 500 탆.
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