유기용매를 이용한 PVA/밀 글리아딘 블렌드 섬유의 제조 및 특성분석

곽효원,김무곤,오한진,이정윤,윤해성,이종환,이기훈,신봉섭,Kwak, Hyo-Won,Kim, Moo-Kon,Oh, Han-Jin,Lee, Jeong-Yun,Yun, Hae-Sung,Lee, Jong-Hwan,Lee, Ki-Hoon,Shin, Bong-Seob 한국섬유공학회 2011 한국섬유공학회지 Vol.48 No.4

In this study PVA/wheat gliadin blend fiber was prepared by wet spinning using DMSO as a solvent and acetone/methanol as a coagulant. The PVA content should be greater than 40% to demonstrate successful drawing. The maximum draw ratios of the blend fiber were 6, 7.5 and 8, when the PVA content was 40, 60 and 80%, respectively. The surface of the blend fiber became rougher and macrovoids were found when the content of gliadin was increased, this was due to the skin-core effect. The ultimate stress, breaking strain and modulus of the blend fiber were increased with an increase of the PVA content. The crystallinity of the blend fiber decreased when the gliadin content increased, the secondary structure of the gliadin however did not change in the presence of PVA. In order to increase the water stability of the blend fiber, further cross-linking was performed which also improved the mechanical properties of the blend fiber.

습식방사를 통한 밀 글리아딘 섬유 제조에 머캅토에탄올이 미치는 영향

곽효원,윤나경,이다정,이기훈,Kwak, Hyo Won,Yun, Na Kyong,Lee, Da Jeong,Lee, Ki Hoon 한국섬유공학회 2012 한국섬유공학회지 Vol.49 No.3

Wheat gliadin is an ethanol-soluble fraction of wheat protein. It has several intramolecular disulfide bonds, which are cleavable by reductants such as 2-mercaptoethanol. We added 2-mercaptoethanol into the dope solution prepared by dissolving wheat gliadin in DMSO. The dope solution was spun into an acetone/methanol coagulation bath. The viscosity of the dope solution was increased and the spinnability was also improved by the addition of 2-mercaptoethanol. A maximum draw ratio of 3.5 was achieved with the addition of 2-mercaptoethanol whereas, that of non-added fiber was only 2. Furthermore, the mechanical properties of the fiber were slightly improved by the addition of 2-mercaptoethanol. These positive effects are due to the increase of chain entanglement by the cleavage of intramolecular disulfide bonds.

황산을 이용한 미세섬유화 공정이 셀룰로오스 나노섬유의 코팅 및 배리어 특성에 미치는 영향

곽효원(Hyo Won Kwak),허재은(Jae Eun Heo),허경아(Kyeonga Her),이호현(Hohyun Lee),진형준(Hyoung-Joon Jin),심봉섭(Bong Sup Shim) 한국고분자학회 2019 폴리머 Vol.43 No.1

셀룰로오스 나노섬유는 수십 나노미터 크기의 직경을 갖는 나노 소재로서 뛰어난 기계적 물성과 배리어 성능을 가지고 있기 때문에 패키징 산업에서 각광받고 있는 물질이다. 이러한 셀룰로오스 나노섬유는 원재료 및 나노섬유화 공정 방식에 따라 모폴로지 및 결정화도를 비롯한 이화학적 성질이 영향을 받는다. 본 연구에서는 황산으로 후처리를 함으로써 그 농도에 따라 이화학적 성질이 다른 셀룰로오스 나노섬유 코팅용액을 제조하였고, 이화학적 성질에 따른 셀룰로오스 나노 섬유의 코팅성, 투명성, 그리고 산소 및 수분 차단성을 조사하였다. 그 결과, 황산용액의 농도가 높아질수록 셀룰로오스 나노섬유의 직경 및 길이가 줄어들고 결정성이 높아지며 나노섬유 표면에 음전하가 도입되는 경향을 보였다. 또한 이와 같이 셀룰로오스의 직경 감소 및 음전하 도입으로 인하여 코팅성 및 투명도가 증가하였으며 조밀한 코팅이 가능케 되어 산소 차단성이 증진되는 것을 확인할 수 있었다. Cellulose nanofibrils are nano-scale materials with a diameter of several tens of nanometers. Cellulose nanofibrils" excellent mechanical and barrier properties make them attractive materials in the packaging industry. The morphology and crystallinity of obtained nano-cellulose greatly depend on the raw materials and the nano-fibrilization process. In this study, we investigated the effect of morphology and crystal structure of cellulose nanofibrils on coating performance, transparency, and barrier properties. Cellulose nanofibrils with a narrow diameter, high crystallinity and negative ion were fabricated as the concentration of the sulfuric acid was increased. As a result, post-treated cellulose nanofibrils could be easily coated due to narrow diameter and introduction of negative ion, and enhance oxygen barrier properties via the densely interconnected nanofiber surface.

Development of Multifunctional Gelatin Materials Based on Green Chemistry

Hyo Won Kwak(곽효원) 한국고분자학회 2021 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.46 No.1

Gelatin has been widely used in food, medicine, and cosmetics fields due to its excellent biocompatibility and biodegradability. However, in recent years, due to infectious disease problems and religious restrictions due to the use of mammalian gelatin, research on high value-added through the discovery of eco-friendly gelatin raw materials and the development of functional materials using the same has been actively conducted. This study introduces the processing of various formulations of functional gelatin materials such as nano-microfibers, films, and adhesive solutions using fish-derived gelatin as a next-generation gelatin raw material. In addition, an eco-friendly crosslinking strategy to improve the physicochemical properties of gelatin materials will be introduced. In addition, multidimensional gelatin materials with various functionality such as biocompatibility, antibacterial and antioxidant properties, UV blocking ability will be introduced.

미니 유화 중합을 통한 프탈로시아닌 안료의 캡슐화에 분산제가 미치는 영향

곽효원(Hyo Won Kwak),한재훈(Jae-Hun Han),홍연경(Yeonkyung Hong),엄정주(Jungju Eom),이진균(Jin-Kyun Lee),진형준(Hyoung-Joon Jin) 한국고분자학회 2019 폴리머 Vol.43 No.5

본 연구에서는 미니 유화 중합법을 통하여 프탈로시아닌 그린 안료를 캡슐화한 고분자 입자를 제조하였으며, 안료 및 분산제의 비율에 따른 입자 크기 및 색상 변화를 알아보았다. 프탈로시아닌 그린 안료를 안정하게 분산시키기위해 Triton X-100 분산제를 사용하였고, 안료분산액에서 분산제의 농도를 0, 0.2, 0.4, 0.8%(w/v)으로 조절하면서 입자의 특성을 평가하였다. Triton X-100의 농도와 안료의 분산성은 비례관계를 보였지만, 일정 수준이상의 분산제의 증가는 분산 안정성의 큰 변화가 없었다. 분산제가 첨가되지 않고 캡슐화를 진행할 경우 3-4 μm 이상 및 200-300 nm 크기의 구형 입자가 동시에 중합되었다. 한편, 분산제가 첨가됨으로써 안료의 분산성이 증가하고 이와 관련한 미니 유화 상태가 안정적으로 유지되어 200-300 nm 직경의 구형 입자가 균일하게 중합되었다. 분산제 농도의 영향은 입자 중합에 직결되었을 뿐만 아니라 안료 캡슐화의 효율에 큰 영향을 미쳤다. 중합한 입자의 모폴로지와 입경분포도에 대한 특성 평가를 위해 주사전자현미경(field emission scanning electron microscopy), 투과전자현미경(transmission electron microscopy) 및 동적 광산란법(dynamic light scattering) 분석을 실시하였고, 안료 캡슐화 효율을 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier-transform infrared spectroscopy), 열중량분석법(thermo-gravimetric analysis), 자외선 및 가시광선 분광법(ultraviolet-visible spectroscopy)을 이용하여 분석한 결과, 0.4%(w/v)의 Triton X-100을 첨가하였을 경우 가장 높은 캡슐화 효율을 보이는 것으로 확인하였다. In this study, phthalocyanine green pigment encapsulated polymer particles were prepared by mini-emulsion polymerization method and the particle size and color change according to the ratio of pigment and dispersant were examined. Triton X-100 dispersant was used to disperse the phthalocyanine green pigment, and the characteristics of the dispersibility and stability were evaluated while adjusting the concentration of the dispersant to 0, 0.2, 0.4, and 0.8% (w/ v) in the pigment dispersion. As the concentration of Triton X-100 increased, the dispersibility of the pigment was clearly improved. Without Triton X-100 dispersant, the spherical particles with diameters of 3-4 μm and 200-300 nm were polymerized at the same time due to the mini-emulsion instability. However, when dispersant was added, pigments were successfully dispersed and the mini-emulsion was well stabilized. As a result, phthalocyanine green encapsulated polymer particles which had the spherical shape with diameter of 200-300 nm were uniformly polymerized. The effect of the dispersant concentration was directly related to the mini emulsion stability and the pigment encapsulation efficiency. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM) and dynamic light scattering (DLS) were used to characterize the morphology and particle size distribution of the polymerized particles, and Fouriertransform infrared spectroscopy (FTIR), thermo-gravimetric analysis (TGA) and ultraviolet-visible spectroscopy (UVVis) were used to evaluate the characteristics of encapsulation efficiency. As a result, it was confirmed that the highest encapsulation efficiency was obtained when 0.4% (w/v) of Triton X-100 was used.

Strategies for Manufacturing Eco-friendly Lignocellulosic Biosorbent and Improving Their Heavy Metal Removal Capacity

Hyo Won Kwak(곽효원) 한국고분자학회 2020 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.45 No.2

제인 나노섬유 멤브레인을 이용한 6가 크롬 이온 흡착 평가

윤나경,곽효원,이민규,이서경,이기훈,Yun, Na Kyong,Kwak, Hyo Won,Lee, Min Gyu,Lee, Seo Kyung,Lee, Ki Hoon 한국섬유공학회 2014 한국섬유공학회지 Vol.51 No.2

Heavy metal pollution is a serious problem that harms the environment and human health. As a means of removing heavy metal ions, especially Cr(VI), from a solution, we prepared a nanofibrous membrane from zein protein which is derived from maize. The zein nanofibrous membrane (ZNM) was prepared by using an 80% ethanol solution as a solvent. The resulting fiber had a ribbon-like structure. The size of the nanofiber could be controlled by varying the concentration of the zein in the ethanol solution. The ZNM was mounted in a membrane holder and a Cr(VI) feed solution was then continuously passed through the ZNM. The adsorption of Cr(VI) reached equilibrium within 3 min, indicating the rapid adsorption of the Cr(VI). To regenerate the ZNM adsorbent, the adsorbed Cr(VI) was removed by adding 0.1 M NaOH. We believe that ZNM would be an effective means of removing Cr(VI) from industrial waste.

리그닌 프리폴리올이 바이오폴리우레탄 합성에 미치는 영향

원성욱 ( Sungwook Won ),방준식 ( Junsik Bang ),박상우 ( Sang-woo Park ),김정규 ( Jungkyu Kim ),정승오 ( Seungoh Jung ),윤희철 ( Heecheol Yun ),김서진 ( Seojin Kim ),임효승 ( Hyoseung Lim ),곽효원 ( Hyo Won Kwak ) 한국목재공학회 2024 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2024 No.1

다이알데히드 셀룰로오스 나노크리스탈에 의해 가교된 Alkylated Graphene Oxides/Poly(vinyl alcohol) 복합필름의 배리어 특성

남정민(Jeongmin Nam),곽효원(Hyo Won Kwak),진형준(Hyoung-Joon Jin) 한국고분자학회 2021 폴리머 Vol.45 No.5

Poly(vinyl alcohol)(PVA)는 강한 분자간력으로 인해 기체 차단성이 우수하여 기체 차단 필름으로 널리 사용되고 있지만, 분자 내 고유의 친수성기로 인해 수분 차단성이 낮다는 한계가 있다. 본 연구에서는 수분 차단성을 높이기 위해 소수성 첨가제인 alkylated graphene oxide(AGO)와 친환경 가교제인 dialdehyde cellulose nanocrystal(DCNC)를 도입하여 수분 차단성이 보완된 배리어 필름을 제조하였다. 사용된 DCNC는 cellulose nanocrystal의 부분 산화를 통해 제조되었으며, 적외선 분광분석 및 X선 회절분석을 통해 다이알데히드기의 존재가 확인되었다. 열중량분석을 통해 PVA/AGO/DCNC 복합 필름의 열안정성을 측정한 결과, PVA의 수산기와 DCNC의 알데히드기간의 가교 결합을 통해 생성된 에테르 결합으로 인해 열안정성이 증가하였음을 확인하였다. Poly(ethylene terephthalate) 기재 필름 위에 코팅 후 가교된 복합 배리어 필름의 경우 550 nm에서 87.9%의 광투과도를 나타내었으며, PVA 수용액을 단독 코팅한 배리어 필름에 비해 산소 투과도는 90%, 수분 투과도는 15% 감소하였음을 확인하였다. Poly(vinyl alcohol) (PVA) has an excellent gas barrier property but its moisture barrier property is poor due to its own abundant hydroxyl groups. In this study, alkylated graphene oxide (AGO) as a hydrophobic filler and dialdehyde cellulose nanocrystal (DCNC) as a crosslinking agent, were incorporated to improve the moisture barrier property of PVA composite barrier films. DCNC was prepared through partial oxidation of cellulose nanocrystals and the presence of its dialdehyde groups was confirmed through FTIR spectroscopy and XRD analysis. The crosslinking linkage between the hydroxyl group of PVA and the aldehyde group of DCNC was confirmed through FTIR spectroscopy. The increase in thermal stability due to ether bonding was observed with TGA. The dispersion stability of the PVA/AGO/DCNC solution was also checked from the Turbiscan analysis before coating on the poly(ethylene terephthalate) substrate film. The composite barrier film decreased oxygen transmission rate by 90% and water vapor transmission rate by 15% compared to PVA barrier film.

6가 크롬 제거를 위한 리그닌 기반 고성능 흡착제의 제조 및 성능평가

박진석 ( Jinseok Park ),곽효원 ( Hyo Won Kwak ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

리그닌은 셀룰로스 다음으로 풍부하게 존재하는 자연계 천연고분자 물질로서 친환경 고분자 소재로의 가공 및 응용에 관한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있다. 하지만 리그닌의 용매 시스템 및 다양한 형태로의 가공성이 부족한 이유로 리그닌의 활용이 제한적으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 리그닌을 활용한 섬유 및 입자 형태의 흡착제를 제조하였으며 이를 이용한 바이오 흡착재료를 제조하였다. 부족한 리그닌의 가공성을 보완하기 위하여 PVA 고분자와의 블렌드 (섬유) 및 PEI를 이용한 후가공 공정을 도입하였다. 이렇게 제조한 리그닌 기반 바이오흡착제의 성능을 확인하기 위하여 6가 크롬을 시험 중금속으로 선정하여 흡착 실험을 진행하였다. 그 결과 리그닌/PVA의 섬유의 경우 리그닌의 함량이 높아질수록 6가 크롬 제거용량이 증가하는 것을 확인하였으며 350.87 mg/g의 6가 크롬 제거 효율을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 구형 입자 형태의 리그닌/PEI 입자의 경우 PEI로 이루어진 shell이 리그닌 입자의 표면에 고르게 코팅되어 부족한 가수분해에 대한 안정성 및 기계적 물성을 증진 시키는 것으로 밝혀졌다. 한편, 리그닌 입자 표면에 양전하의 아민그룹이 풍부하게 위치하여 기존의 리그닌이 가지고 있는 수산기와의 시너지효과를 보여 657.9 mg/g의 우수한 6가 크롬 제거능을 보이는 것으로 나타났다. 이를 통해 리그닌을 이용한 다양한 형태의 고분자 소재의 제조 가능성을 살펴보았으며, 중금속, 방사능 원소 및 염료 폐수와 같이 다양한 오염물질의 제거에 이용할 수 있음을 확인하였다.