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그림. 가수분해 전(왼쪽)과 가수분해(오른쪽) 후의 면 섬유의 광학 현미경 이미지.
아미르 카비르 기술대학(Amir Kabir University of Technology)의 연구진은 두 개의 친환경적인 프로세스를 시용함으로써 셀룰로오스 나노입자를 합성하는데 성공했다. 이 연구의 가장 흥미로운 점은 셀룰로오스 나노입자의 제조를 위해서 폐 면섬유를 사용하는 것이다.
생분해성과 함께 회수되어 재사용될 수 있는 장점 이외에도, 셀룰로오스 나노입자들은 가볍고 저렴하며, 매우 훌륭한 기계적 특성들을 가진다. 따라서 이번 연구진은 제약, 식품, 화장품, 종이 제조, 복합물 제조 등에 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
이번에 개발된 기술의 장점으로 구형 셀룰로오스 나노입자들은 효소 가수분해와 초음파 방법을 통해서 폐 면섬유로부터 제조된다는 것이다. 기존 기술은 산 가수분해 방법을 사용하여 셀룰로오스 나노입자를 제조하는데 주로 사용된다. 이 방법은 환경적인 문제를 발생시킬 수 있고, 이것은 부산물을 남긴다.
이번 연구에서, 효소 가수 분해 방법이 사용되는데, 이것은 어떤 환경적인 손상 없이 온화한 조건 하에서 나노입자를 제조할 수 있게 하고, 특별한 장치가 필요하지 않는다. 또한 초음파 처리는 단기간 내에 저에너지로 수행되었는데, 이것은 이 방법을 통해서 셀룰로오스 나노입자를 비용 효율적으로 제조할 수 있게 한다.
나노입자의 제조에서, 다양한 셀룰로오스 효소들은 셀룰로오스 사슬에 부착되었고, 그들은 결정질과 비정질 영역에서 가수 분해되기 시작했다. 가수 분해가 진행될 때, 520nm의 평균 크기를 가진 입자들이 형성된다. 그 후에, 초음파 에너지는 가수 분해된 섬유를 약 70nm 크기의 나노입자로 변환시킨다.
나노입자들의 특성은 점도계, 전계 방출형 주사 전자 현미경(field emission scanning electron microscope), 입자 크기 분석기, 푸리에 변환 적외선 분광기(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), X-선 회절, 열 중량 분석(thermogravimetric analysis)으로 평가되었다.
이 연구결과는 가수 분해와 초음파 처리 후에 면 섬유의 평균 입자 크기가 각각 0.526μm와 100nm 이하라는 것을 보여주었다. 셀룰로오스의 결정질 구조는 중합도가 감소되면서 가수분해와 초음파 처리 이후에도 그대로 유지된다. 또한 결정도에서 큰 변화가 없었다. 열 열화(thermal degradation)는 면의 가수 분해와 초음파 처리가 셀룰로오스의 화학적 지문에 영향을 끼치지 않는다는 것을 증명했다.
이 연구결과는 저널 Powder Technology에 “Spherical cellulose nanoparticles preparation from waste cotton using a green method”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1016/j.powtec.2014.04.039).
출처 : http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=36721.php
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
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