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< 전시-P-06 > 목재 셀룰로오스의 머서화에 열처리 온도 및 목분입자 크기가 미치는 영향
김아란 ( Ahran Kim ),이희수 ( Heesoo Lee ),푸루사타마비안타라다르산 ( Byantara Darsan Purusatama ),김남훈 ( Namhun Kim ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1
본 연구는 입자크기 및 열처리 온도가 목재 셀룰로오스의 알칼리 팽윤과정에서 결정구조 변화에 어떠한 영향을 미치는지를 알아보기 위하여 수행하였다. 공시재료는 참오동나무재 (Paulownia tomentosa)의 목재칲과 40, 60, 100, 200mesh 목분을 사용하였고, 각각의 시료를 100℃와 200℃에서 열처리하였다. 비열처리 시료와 열처리 시료를 상온의 15%와 17.5%의 NaOH 수용액에 10분 간 침지시킨 후 수세와 건조를 실시하였다 또한, 4℃의 17.5%의 NaOH 수용액 중에 10분 간 침지 후 2℃ 얼음물을 사용하여 수세 후 건조시켰다. 알칼리 처리 시료를 탈리그닌 하기 위하여 슐츠액(35%HNO<sub>3</sub>+1%KCl<sub>3</sub>)에서 1일 동안 침지 시킨 후, 60℃에서 1시간 동안 가열하고 수세와 건조를 실시하였다. 위의 시료들의 결정특성과 알칼리 팽윤 후 및 탈리그닌 처리 후의 결정 구조 변화를 X선회절법에 의해 측정하였으며, 광학 현미경과 FE-SEM을 이용하여 형태학적 특성을 관찰하였다. 또한 FT-IR분석을 통해 화학성분변화를 조사하였다. 그 결과, 목재칲은 알칼리 처리 이후에도 셀룰로오스 I의 회절강도 곡선을 보여주고 있는 반면, 40mesh에서 200mesh까지 모든 크기의 목분에서 셀룰로오스 I 에서 셀룰로오스 II로의 결정 구조의 변화가 관찰되었다. 또한, 열처리 목분은 알칼리 팽윤 후 셀룰로오스 II로 구조가 거의 변화한 것을 확인할 수 있다. 그러나 목재칲과 목분의 알칼리 팽윤구조는 명확하나 목분 입자 크기에 따른 영향은 명확하지 않았다. 상온에서 알칼리 처리 후 수세한 시료에 비해, 4℃에서 알칼리 처리하고 얼음물로 수세한 시료가 셀룰로오스 II로 변화하기 쉬운 것으로 생각되었다. FT-IR분석 결과 열처리를 실시한 시료에서 OH기 및 헤미셀룰로오스 유래의 피크의 감소가 확인되었다.
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발사 섬유의 열처리 및 알칼리 처리에 따른 물리학적 및 해부학적 특성
이희수 ( Huisu Lee ),김종호 ( Jongho Kim ),조재익 ( Jaeik Cho ),푸루사타마비안타라다르산 ( Purusatama Byantara Darsan ),김남훈 ( Namhun Kim ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2
발사 섬유는 동남아 열대지역에서 자생하는 발사 목재의 열매에서 얻어지는 천연섬유이다. 발사 섬유는 중공성 및 소수성을 지닌 초경량 천연섬유로서 용이하게 얻을 수 있는 장점을 지녔지만 현재까지 발사 섬유의 효율적 활용 방안 모색에 대한 기초 자료 및 재질 특성 연구는 많지 않다. 본 연구는 발사 섬유의 열처리 및 알칼리 처리에 따른 특성을 조사하였다. 열처리는 100℃, 200℃, 220℃, 240℃, 260℃, 280℃, 300℃로 진행하여 중량감소율, pH 및 셀룰로오스 결정성 등 물리학적 특성을 관찰하였다. 또한 광학현미경과 주사전자현미경을 이용해 해부학적 특성을 조사하였다. 알칼리 처리는 미처리 시료, 100℃ 및 200℃ 열처리 시료를 12%, 15% 및 20% 농도의 알칼리 수용액에 침지시켜 실행하였다. 또한 17.5% NaOH 수용액에 미처리 시료, 100℃ 열처리 시료 및 200℃ 열처리 시료를 30분 간 침지시켜 알칼리 처리 후 열처리 및 알칼리 처리에 따른 발사 섬유의 결정화도 변화 관찰을 진행하였다. 열처리 온도가 증가함에 따라, 섬유의 색은 검게 변화하고 중량 감소율은 높아졌다. 특히 260~280℃ 부근의 열처리 온도에서 급진적으로 커졌으며, 280~300℃에서는 90% 이상의 높은 중량 감소율을 보였다. 또한 열처리 온도에 따른 결정화도 변화 관찰결과, X선 회절 형태는 셀룰로오스Ⅰ 구조를 나타내었으며 200℃ 이상으로 열처리 온도가 올라갈수록 피크는 감소하는 경향을 보였다. 특히 280℃ 열처리 시료에서부터 피크가 소실되었다. 광학현미경 관찰 결과, 열처리 온도와 알칼리 수용액의 농도가 높아질수록 섬유폭 및 섬유벽이 팽윤율 또한 증가하는 경향을 보였다. 특히, 200℃ 열처리 섬유를 20% 농도로 알칼리 처리한 섬유는 심하게 팽윤되어 섬유벽이 부서지고 찢어지는 형태를 보였다. 알칼리 처리 섬유의 주사전자현미경 관찰 결과, 섬유 팽윤 및 섬유 표면의 찌그러짐 등의 형태 변화가 관찰되었으며 열처리 온도가 높은 섬유일수록 섬유 손상의 정도가 컸다.
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