12. 고분자 소개 - 셀룰로오스(Cellulose)

 

셀룰로오스(Cellulose)

 

 

 

 

① 셀룰로오스(Cellulose)란? 

 

셀룰로오스(Cellulose)는 자연에서 가장 풍부하게 존재하는 고분자 중 하나로, 식물 세포벽의 주요 구성 성분입니다. 셀룰로오스는 당류 중에서도 다당류에 속하며, 수많은 글루코스 단위로 이루어진 폴리머 구조를 가지고 있습니다.

 

셀룰로오스 고분자는 다양한 용도로 사용되고 있습니다. 일반적으로 셀룰로오스의 주요 용도는 다음과 같습니다.

- 종이 및 판지: 셀룰로오스는 종이와 판지의 주요 성분입니다. 섬유 상태로 존재하는 셀룰로오스는 종이 제조 과정에서 파쇄, 분산, 세척 등의 과정을 거쳐 종이 섬유로 변환됩니다. 종이의 특성과 품질을 결정하는 중요한 요소 중 하나입니다.

- 섬유 및 직물: 셀룰로오스 섬유는 편직, 직조 등의 가공 과정을 통해 섬유 및 직물로 제조됩니다. 셀룰로오스 섬유는 흡수성이 뛰어나며, 편안하고 통기성이 좋아 의류, 가구 패브릭, 침구류 등에 널리 사용됩니다.

- 식품 산업: 셀룰로오스는 식품 산업에서 다양한 용도로 사용됩니다. 식품 첨가제로서 사용되어 안정제, 거품제, 안정화제 등의 기능을 수행하며, 식품 포장재료로도 활용됩니다. 셀룰로오스 필름은 식품 포장재료로 사용되어 제품의 신선도와 내구성을 향상하는 역할을 합니다.

- 의약품 및 건강 관리: 셀룰로오스는 의약품 산업에서 캡슐, 알약, 거즈 등의 제조에 사용됩니다. 셀룰로오스는 비독성이며, 안전하게 인체에 흡수되고 분해되므로 약물 전달 시스템에 적합합니다. 또한, 셀룰로오스는 건강 기능성 원료로 사용되어 식이 섬유 보충제나 천식 치료를 위한 기기 등에 사용됩니다.

- 화장품: 셀룰로오스는 화장품 제조에도 사용되며, 안정제, 점증제, 보습제, 세정제 등 다양한 용도로 활용됩니다. 셀룰로오스는 피부에 부드럽고 촉촉한 느낌을 제공하며, 제품의 안정성과 품질을 향상시킬수 있습니다.

- 건축 및 건설: 셀룰로오스는 건축 및 건설 산업에서도 사용됩니다. 셀룰로오스 섬유보드는 벽체, 천장, 바닥 등의 구조 재료로 사용되며, 절연성과 음향 흡수 특성이 우수합니다. 또한, 셀룰로오스 섬유는 콘크리트 혼합물에 첨가하여 강도와 내구성을 향상하는 데 사용됩니다.

- 필름 및 코팅: 셀룰로오스 필름은 다양한 분야에서 사용됩니다. 셀룰로오스 필름은 식품 포장뿐만 아니라 광학 필름, 전자 제품의 절연층, 라벨, 투명 필름 등에 활용됩니다. 또한, 셀룰로오스 코팅은 용지, 판지, 목재 등의 표면 보호 및 향상을 위해 사용됩니다.

- 환경 보호: 셀룰로오스는 자연 섬유로서 친환경적인 소재입니다. 생분해 가능하고 재생 가능한 특성을 가지며, 재활용이 가능합니다. 이러한 특성으로 인해 셀룰로오스는 환경 보호 및 지속 가능한 개념을 적용한 제품 개발에 활용됩니다.

 

셀룰로오스는 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있으며, 그 특성과 우수한 물리적, 화학적 성질로 인해 많은 관심을 받고 있습니다. 또한, 지속 가능한 소재로서의 역할과 친환경적인 특성 때문에 셀룰로오스의 활용은 계속해서 확대될 전망입니다. 

 

 

 

② 셀룰로오스의 특성

 

- 생분해 가능성: 셀룰로오스는 생분해 가능한 고분자로 자연적인 분해 과정을 통해 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다.

- 기계적 강도: 셀룰로오스는 매우 강하고 견고한 기계적 특성을 가지고 있어, 강도와 인장강도가 높습니다. 이로 인해 셀룰로오스는 재료로서의 용도에서 훌륭한 구조 지지체로 사용될 수 있습니다.

- 흡수성과 보존성: 셀룰로오스는 높은 흡수성을 가지고 있어 수분을 효과적으로 흡수하고 보존할 수 있습니다. 이러한 특성은 식품 포장뿐만 아니라 의약품 및 화장품 산업에서도 유용하게 활용됩니다.

- 열 안정성: 셀룰로오스는 고온에서 안정성을 유지할 수 있어 열에 강합니다. 이로 인해 셀룰로오스는 열 저항성을 요구하는 응용 분야에서 사용될 수 있습니다.

- 유연성: 셀룰로오스는 상대적으로 유연한 특성을 가지고 있어 가공 및 형태 변경이 가능합니다. 이로 인해 셀룰로오스는 다양한 형태로 가공되어 종이, 섬유, 필름 등 다양한 제품으로 활용됩니다.

- 생물적 호환성: 셀룰로오스는 생물학적으로 호환성이 높아 인체에 안전하게 사용될 수 있습니다. 이러한 특성으로 인해 의료 분야에서 생체 재료 및 의약품 전달 시스템에 적용되기도 합니다. 

 

 

 

③ 셀룰로오스의 가공 방법

 

- 가열 및 압출: 셀룰로오스를 가열하여 부드러워진 상태로 만든 후, 압출 기계를 사용하여 필름, 시트, 섬유 등의 형태로 가공할 수 있습니다. 이 과정에서 셀룰로오스는 녹아 플라스틱 상태로 전환되며, 원하는 형태로 성형됩니다.

- 용해 및 회전형성: 셀룰로오스를 용매에 용해시킨 후, 회전형성(스핀닝) 과정을 통해 섬유 상태로 만들어집니다. 이 방법은 주로 셀룰로오스 섬유를 생산하는 공정에서 사용되며, 용매로는 N-메틸모폴리피롤론(NMP)이나 N, N-디메틸아세트아미드(DMAc)와 같은 고용매가 사용될 수 있습니다.

- 가교 및 혼합: 셀룰로오스 고분자를 가교시키는 공정을 통해 특정한 성질을 가진 셀룰로오스 제품을 제조할 수 있습니다. 이를 위해 가교제나 화학적 처리제를 사용하여 셀룰로오스 고분자 사이를 결합시키거나 특정 성질을 부여할 수 있습니다.