Improvement in Dissolution of Cellulose with Ionic liquid by the Electron Beam Treatment

Printed in Korea

이온성 액체의 셀룰로오스 용해성 개선을 위한 전자빔 처리 효과

이원실¹․정웅기․성용주^†

접수일(2013년 4월 8일), 수정일(2013년 4월 19일), 채택일(2013년 4월 22일)

Improvement in Dissolution of Cellulose with Ionic liquid by the Electron Beam Treatment

Won-Sil Lee,¹ Wong Gi Jung and Yong Joo Sung^†

Received April 8, 2013, Received April 19, 2013, Accepted April 22, 2013

• 충남대학교 농업생명과학대학 환경소재공학과 (Dept. of Biobased Materials, College of Agriculture and Life Science, Chungnam Natl.

Univ., Daejeon, Republic of Korea)

1) 충남대학교 바이오응용화학연구소 (Institute of Chemical and Biological Engineering, Chungnam Natl. Univ., Daejeon, Republic of Korea)

† Corresponding author: [email protected]

ABSTRACT

Electron beam treatment was applied for improving dissolution of cellulose with ionic liquids. Two ionic liquids, 1-allyl-3-methylimidazolium chloride ([Amim]Cl]: AC) and 1,3-dimethylimidazolium methyl- phosphite ([Dmim][(MeO)(H)PO2]: Me) were used for this experiment. Treatment with electron beams up to dose of 400 kGy resulted in the increase of hot water extract and alkali extract of cotton pulp and the great reduction in the molecular weight of cellulose. For the dissolution of cotton pulp with two ionic liquids, the electron beam treated samples showed faster dissolution. The dissolved cellulose with Me ionic liquid were regenerated with acetonitrile and the structure of regenerated cellulose showed distinct difference depending on the electron beam treatment. Those results provide the electron beam pre-treat- ment could be applied as an energy efficient and environmentally benign method to increase the dis- solution of cellulose with ionic liquids.

Keywords : Ionic liquid, electron beam treatment, cotton pulp, regenerated cellulose

1. 서 론

세계경제와 산업발전에 따른 지구환경오염의 심화로

인해 저에너지 친환경 공정기술에 대한 관심과 중요성은 더욱 커지고 있다. 특히 녹색화학(Green Chemistry)으로 명명되는 새로운 친환경 공정기술에 대한 연구와 기술

개발 및 적용분야는 현재 미래지향적 신기술로 전 세계 적인 관심의 대상이 되고 있다. 특히, 기존의 다양한 정 밀화학제품들의 제조공정 등에서 폭넓게 사용되어 오 던 유기성 용매를 대체하기 위하여 초임계유체, 불소 화용매, 고분자용액 및 이온성 액체 등 다양한 청정용 매에 대한 연구들이 녹색화학 연구 분야에서 집중적으 로 수행되어 왔다.¹⁾

일반적으로 화학반응에서 용매는 생성물·생성기 작·반응속도·평형에 미치는 영향, 반응물·생성물·촉매·

중간물질의 안정성, 적절한 반응속도를 위한 온도 등 을 고려하여 선정되는데, 특히, 이온성 액체의 경우 여 러 가지 다양한 기능성을 가지고 있기 때문에 새로운 차세대 청정용매로 많은 관심의 대상이 되고 있다.²⁾ 실 제 이온성 액체의 경우 상대적으로 크기가 다른 양이온 과 음이온으로 구성되어 낮은 격자에너지를 가지고 있 기 때문에 상온에서 액체상태로 존재할 수 있다.³⁾ 또한 휘발성이 매우 낮기 때문에 화학적 전환에서의 유도 물 질을 손쉽게 제조하는 등 다양한 화학적 적용을 유도할 수 있으며, 휘발성 유기화합물의 잠재적인 독성에 대 한 위험을 최소화할 수 있어 현재 다양한 적용 연구가 진행되고 있다.⁴⁾ 특히, 이온성 액체는 구성하고 있는 양이온과 음이온을 용도에 맞게 선택하여 새로운 기능 의 다양한 이온성 액체의 제조가 가능하고 이를 통해 녹는점 및 밀도, 점도, 친수성, 소수성 등의 특성을 조절 할 수 있을 뿐만 아니라⁵⁾ 비가연성, 높은 이온전도도, 저렴한 제조비용 및 각종 물리화학·전기적특성의 임의 조절가능 등의 장점을 지니고 있어⁶⁾ 유기합성, 촉매와 같은 정밀화학이나, 이차전지, 캐패시터, 염료감응형 태양전지와 같은 전기화학적 기기나, 디스플레이용 전 해질 등 다양한 분야에서의 높은 활용가능성을 가지고 있는 것으로 보고되고 있다.³⁾

재생 가능한 자원으로 대표적인 친환경소재인 셀룰 로오스는 화석원료 기반 소재를 대체할 수 있는 물질로 현재 더욱 다양한 부분에서 활용될 수 있는 소재로서 그 중요성이 더욱 커지고 있지만 새로운 소재 등의 제 조를 위한 셀룰로오스 용해는 적용되는 유기용매의 독 성 및 고에너지 공정조건 등이 필요한 이유로 셀룰로오 스 활용에서 극복해야하는 부분으로 인식되어 오고 있 다.⁷⁾ 실제 셀룰로오스의 활용성을 강화하기 위한 방안 으로서 이온성 액체의 적용을 통한 셀룰로오스 용해 및 추출은 2002년 Rogers 교수 연구진에 의해 최초로 보

고된 이후 많은 관련 연구들이 집중적으로 수행되어 왔 다.⁸⁾ Swatloski 등은 [Bmim]Cl을 사용하여 가열, 마이 크로웨이브를 사용한 셀룰로오스의 용해에 대해 보고 하였고,⁹⁾ Zhang 등은 [Amim]Cl을 사용하여 80℃ 조 건에서 셀룰로오스를 용해하였다.¹⁰⁾ 또한 Fukata 등은 [Emim][(MeO)HPO2]을 사용한 셀룰로오스 용해를 실시하고 그 처리조건 및 용해특성에 대해 보고하였 다.¹¹⁾ 특히, 이온성 액체에 의한 셀룰로오스 용해에서 그 용해 효율을 높이는 것은 향후 실질적인 이온성 액 체 적용의 경제성 및 실효성을 확보하는데 매우 중요한 기술이라고 할 수 있는데 현재까지 이온성 액체의 가 열, 초음파 및 마이크로웨이브의 적용 등 다양한 방법 들이 적용되고 그 효과 등이 보고되어 왔다.⁷⁾ 셀룰로오 스 자체의 상대적으로 높은 분자량과 결정성 등은 이온 성 액체에서의 용해성 저하의 원인이 되는데 셀룰로오 스에 대한 X-선, 감마선, 전자선 등의 고에너지파의 조 사를 통한 셀룰로오스 주사슬의 절단 등으로 셀룰로오 스 용해속도의 변화를 가져올 수 있을 것으로 판단되어 본 연구에서는 전자빔 처리에 의한 영향을 평가하였 다. 특히, 이러한 전자빔처리의 경우 다른 방사선 에너 지의 적용과 달리 매우 안전한 전처리 방법으로 목질 바이오매스의 활용적인 부분에서도 펄프화 효과를 높 이기 위한 방법,¹²⁾ 폐면기반 버섯배지의 활용성 증대 를 위한 전처리¹³⁾ 등 다양한 부분에 적용을 위한 연구 들이 진행되어 왔다.¹⁴⁾ 높은 에너지를 주사하는 전자 빔 처리의 경우 구조의 파괴, 분자의 이온화 또는 라디 칼의 형성 등을 유도하여 분자량의 감소, 가교 또는 중 합결합 등을 유도하는 것으로 알려져 있는데¹⁵⁾ 셀룰로 오스에 대한 이러한 영향이 이온성 액체의 셀룰로오스 용해성 변화를 가져올 것으로 판단되었다.

따라서 본 연구에서는 이온성 액체의 용해 효율 향 상을 위해 대표적인 셀룰로오스 원료인 면 펄프에 대한 전자빔 처리를 적용하여 그 영향을 평가하였다. 전자 빔 처리 정도에 의한 용해속도 변화를 평가하고 실제 용해 후 이온성 액체로부터 셀룰로오스를 다시 석출하 여 재생된 셀룰로오스의 구조적 특성을 비교분석하였 다. 이러한 연구를 통해 향후 새로운 셀룰로오스 고부 가가치 소재 제조를 위한 셀룰로오스 용해 기술로서 이 온성 액체의 적용성 확대를 위한 기반 자료를 제공하고 자 하였다.

Ionic liquid structural formula

1,3-dimethylimidazolium methylphosphite

([Dmim][(MeO)(H)PO2]: Me) _N+

H3C N

CH3

P O

-O OCH₃

H

1-allyl-3-methylimidazoliumchloride ([Amim][Cl]: AC)

N⁺

N

CH2

CH₃

Cl^-

Table 1. Composition of Ionic liquids for this experiment.

2. 재료 및 방법

2.1 공시 재료

본 연구에 사용한 시료는 면 린터 섬유의 정선을 통 해 제조된 면 펄프를 국내 K사에서 제공받아 적용하였 으며, 전건된 면 펄프에 대한 전자빔 처리는 국내 E사 의 전자빔 가속기 (ELV-8 Type, EB-TECH CO., 2.5 MeV)를 사용하여 대기 중 상온 하에서 25, 50, 75, 100, 200, 300, 400 kGy의 방사선량으로 조사 처리하였다.

전자빔 가속기의 컨베이어 속도는 10 m/sec로 23 mA 의 조건에서 1회 통과 시 25 kGy의 조사량이 조사되도 록 조정하였다. 전자빔 처리의 경우 조사되는 시료의 양과 두께에 의해 조사량의 변화가 발생할 수 있기 때 문에 균일한 처리를 위해 PE 지퍼백에 두께 5cm 정도 로 시료를 고르게 펴서 조사 처리하였다.¹⁶⁾

2.2 실험 방법

2.2.1 이온성 액체의 제조

본 실험에서는 셀룰로오스 용해를 위해 Table. 1에 서 제시된 바와 같은 두 가지 이온성 액체(본 논문에서는 각각 Me, AC로 약칭함)를 각각 제조하여 용해특성의 변 화 등을 평가하였다. 본 실험에 적용된1,3-디메틸이미 다졸륨 메틸-포스파이트(1,3-dimethylimidazolium methyl phosphite: [Dmin][(MeO)(H)PO2],¹⁷⁾ Me)및 1-알릴- 메틸 - 포스파이트 클로라이드(1-allyl-3- methylimidazolium chloride: [Amim]Cl, AC)¹¹⁾은 아래와 같은 방법에 의 하여 합성하였다.

우선 123.1g(1.5 mol)의 디메틸포스파이드(dimethyl phosphite)를 THF에 용해시킨 용액에 181.6 g(1.65 mol)의 1-메틸이미다졸(1-methylimidazol)을 상온의 알곤 분위기 하에서 첨가한 후 90 ℃에서 2일간 교반하 면서 환류시켰다. THF를 감압 하에서 제거하고 남은 액체를 과량의 에틸아세테이트(ethyl acetate)로 세척 하여 미반응물을 제거한 후 진공 하에서 80 ℃의 온도 로 24 시간 동안 건조시켜 투명한 액체 생성물 ([Dmim][(MeO)(H)PO2])을 제조하였다. 이때 제조 수 율은 약 97 % 인 것으로 확인되었다.

1-알릴-3-메틸이미다졸륨 클로라이드(1-allyl-3- methylimidazolium chloride: [Amim]Cl)의 제조를 위 하여 410.5 g(5 mol)의 1-메틸이미다졸과 478.3 g(6.25 mol)의 알릴클로라이드(allyl chloride)를 45 ℃에서 16시간 교반하면서 환류시킨 후 미반응물 기타 물과 같은 불순물을 제거하기 위해 감압 증류하여 연한 갈색 의 투명한 액체 생성물([Amim]Cl)을 제조하였고 그 수율은 95 % 이었다.

2.2.2 전자빔 처리에 따른 온수 및 알칼리 추출 전자빔 처리에 따른 면 펄프의 특성을 간접적으로 알아보고자 온수 및 알칼리 추출을 하였다. 면 펄프는 전자빔 처리 정도에 따라 분해되거나 파괴된 셀룰로오 스 등의 성분이 온수 및 알칼리 조건에서가용화 될 것 으로 판단되어 그 정도를 평가하고자 실험을 진행하였 다. 온수추출은 TAPPI Standard T207 om-81에 따라 시료 2 g을 증류수 100ml와 같이 삼각플라스크에 넣고

Fig. 1. Schematic diagram of the experimental process.

3시간동안 비등수조에서 가열하며 용출되는 물질의 양을 측정하여 평가하였다. 알칼리 추출은 TAPPI Standard T212 om-02에 의거하여 시료 2 g을 1 % NaOH 수용액과 삼각플라스크를 사용하여 비등수조 에서 1시간동안 가열하며 용출되는 물질의 양을 측정 하여 추출량을 평가하였다.

2.2.3 전자빔 처리에 따른 분자량 측정

전자빔 처리에 따른 면 펄프의 분자량을 알아보고자 CED 점도 측정을 하였다. 전자빔 처리가 면 펄프의 분 자량을 낮출 것으로 판단되어 면 펄프의 분자량을 평가 하고자 실험을 진행하였다. 시료는 전자빔 처리 정도 에 따라 0, 100, 200, 300, 400 kGy로 처리한 면 펄프를 사용하였고, CED 점도 측정은 TAPPI Standard T230-99에 따라 Cannon 점도계를 이용하여 상온에서 점도계에 표시된 두 선사이의 유하시간으로 점도를 측 정하였다.

2.2.4 면 펄프의 용해성 평가

면 펄프에 대한 이온성 액체의 용해성 평가를 위해 100 ml 용량의 바이알에 이온성 액체를 각각 10 g을 넣 고 시료를 0.5 g 첨가하여 용해정도를 평가하였다. 시 료를 투입한 후 진동 Vortex를 적용하여 시료를 이온성 액체 속에서 분산시켜 온도100 ℃의 중탕으로 온도를 유지하면서 가열 및 용해를 실시하였다.³⁾ 시간에 따라 시료의 용해정도가 달라지는데, 각 단위 시간별로 용 해된 이미지를 촬영하여 면 펄프의 용해정도를 육안으 로 비교 평가하였다.

2.2.5 이온성 액체 치환 및 셀룰로오스 석출 이온성 액체 Me를 통해 용해시킨 면 펄프를 사용하 여 셀룰로오스 석출 실험을 실시하였다. 각각의 미처 리 시료, 50 kGy 및 100 kGy 전자빔 처리 시료를 적용하 여 용해시킨 이온성 액체를 준비하였고 Acetonitrile¹⁸⁾ 을 추가하여 이온성 액체와 용매치환을 실시하였다.

각각 이온성 액체가 담긴 바이알에 Acetonitrile을 10 g 을 투입하여 셀룰로오스를 석출하였고, 상등액을 분리 한 후 Acetonitrile 10 g을 3번 정도 추가적으로 적용하 여 잔류 이온성 액체를 제거하였다.¹⁹⁾

이렇게 석출된 셀룰로오스 응고체의 특성을 비교 분 석하고자 석출된 응고체의 전건 무게를 측정을 통해 수

율을 측정하였다. 또한 동결건조기를 사용하여 응고체 를 건조하였고, Scanning Electron Microscope(S-4800, HITACHI)를 사용하여 용해된 면펄프 응고체의 단면 의 SEM 이미지를 분석하였다.

2.2.6 셀룰로오스 구조 및 성분변화 분석 전자빔 처리에 의한 면섬유의 구조적 특성변화를 분 석하기 위하여 각각의 처리조건에 따른 열분해 특성변 화를 열중량분석기(TGA)로 측정 및 분석하였다. TA instrument (Q600)을 사용하여 Ar을 100 ml/min으로 흘려주면서 10 °C/min의 속도로 승온하면서 측정하였 다. 이온성 액체로 용해 후 석출된 셀룰로오스의 화학 적 특성 변화 특히, 이온성 액체에 의한 셀룰로오스 치 환 특성 등을 평가하기 위하여 ¹³C NMR(Varian 500 Unity Plus)를 적용하여 분석평가 하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1 면 펄프의 온수 및 알칼리 추출 특성 면 펄프의 전자빔 처리에 따른 셀룰로오스 구조 및 성분의 변화를 파악하고자 온수 추출 및 알칼리 추출을 실시하였다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이 전자빔 조사선량

Fig. 4. Change in thermogravimetric property of cotton pulp depending on the electron beam irradiation.

Type of Ionic liquid Mechanical Treatment Time for

Dissolution

AC o 40min

x 4h

Me o 30min

x 4h

Table 2. Test conditions for effects of mechanical treatment on the dissolution efficiency of the ionic liquid.

Fig. 2. Hot water extraction and alkaly extraction of cotton pulp depending on the electron beam irradiation.

Fig. 3. The change in viscosity of cotton pulp depending on the electron beam irradiation.

이 많아질수록 면 펄프의 온수 및 알칼리 추출 함량이 증가하는 것으로 나타났으며, 온수추출 보다 알칼리 추출에서 증가 추세가 더 확연히 높게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이는 전자빔의 조사처리에 의해 셀룰로오 스의 사슬구조의 파괴로 인한 영향으로 판단되었다.

3.2 면 펄프의 전자빔 처리에 따른 분자량 측 정 결과

전자빔 처리에 따른 면 펄프의 분자량의 변화를 평 가하기 위해 CED 점도 측정을 실시하였다. Fig. 3은 0,

100, 200, 300, 400 kGy로 전자빔을 조사한 면 펄프의 점도 측정 결과를 나타낸 그래프이다. 전자빔 처리하 지 않은 면 펄프 보다 전자빔 처리하였을 때, 면 펄프의 점도가 급격히 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다. 따라 서 전자빔 처리에 의해 면 펄프의 분자량이 크게 영향 을 받는 것을 확인 할 수 있었다.

3.3 전자빔 처리에 따른 면 펄프의 열분해 특 성 변화

TGA를 사용하여 전자빔 처리에 따른 면 펄프의 열 적 특성을 조사하였다. Fig. 4에서 보여주는 바와 같이 전자빔 처리하지 않은 경우 면 펄프는 300 °C에서 급격 히 분해되어 500 °C에서 전체 무게가 16% 정도로 감량 되는 것을 볼 수 있었다. 전자빔 조사량을 50 kGy에서 200 KGy로 증가시킴에 따라 열분해 개시 온도는 지속 적으로 낮아졌으며, 500 °C에서의 열분해 후 잔류량도 10% 정도로 크게 감소하는 것을 볼 수 있었다. 이러한

Fig. 5. Ionic liquid after 30 min dissolution depending on the grinding treatment of cotton pulp.

열분해 특성의 변화를 통해 전자빔 조사 처리는 면섬유 의 셀룰로오스 사슬 구조의 파괴 등과 같은 구조적인 변화를 유발하는 것을 확인할 수 있었다.

3.4 기계적 분쇄 처리에 따른 면 펄프의 용해 도 특성

면 펄프의 기계적 분쇄 처리에 의한 용해도 특성을 알 아보고자 분쇄한 면 펄프와 무처리 면 펄프의 이온성 액 체 AC와 Me에서의 면 펄프 용해 실험을 실시하였다.

Table 2와 Fig. 5에서 보여지듯이 기계적 분쇄 처리는 면 펄프의 용해 효율을 증가시키는 것으로 확인되었다.

3.5 전자빔 처리에 따른 용해 특성

전자빔 처리에 따른 이온성 액체의 용해 특성을 파 악하기 위하여 이온성 액체 AC와 Me에서 시간에 따른 용해된 이미지로써 육안적으로 평가하고자 하였다.

Fig. 6와 Fig. 7은 AC와 Me의 용해 진행과정 중의 이미 지이며, 용해 시간에 따라 용해정도를 나타내었다. AC 와 Me는 각각 30분, 40분에서 무처리 샘플을 제외한 나 머지 샘플이 완전히 용해되었으며 전자빔에 조사선량 에 따라 용해도에 차이가 나타나는 것을 확인하였다.

또한 AC보다 Me에서 면펄프의 용해속도가 더 빠르게 나타나는 것을 확인하였다. 실제 면 펄프에 대한 전자

빔 처리는 처리된 면 펄프의 색변화를 가져와서 Fig. 6 와 Fig. 7에서 확인할 수 있듯이 면 펄프가 용해된 이온 성 액체의 색이 매우 짙은 색을 나타내는 것을 알 수 있 다. 특히, 전자빔 처리량이 많을수록 더욱 색이 짙어지 는 것을 확인할 수 있었다.

3.6 이온성 액체로부터 셀룰로오스 석출 면 펄프를 이온성 액체 Me로 용해시킨 후 Acetonitrile 을 첨가하여 용해된 셀룰로오스의 재생을 통해 셀룰로 오스 응고체를 제조하였다. 특히 전자빔 처리에 의해 구조적으로 변화된 경우에 있어서 셀룰로오스의 재생 에 미치는 영향 등을 평가하고자 하였다.

본 실험을 통해 얻어진 재생 셀룰로오스의 수율은 전자빔 처리조건 무처리, 50 kGy, 100 kGy 에 따라 투 입량 대비 각각 30%, 20%, 12% 정도로 낮게 나타났으 며, 전자빔 처리는 실제 이온성 액체의 용해성은 증가 시키지만 용해된 셀룰로오스의 재생수율 감소를 가져 오는 것을 볼 수 있었다.

전자빔 처리에 따라 석출된 셀룰로오스의 외형은 Fig. 8에서 보는 바와 같이 신축성이 큰 매끈한 덩어리 의 형태를 가지는 젤 상태로 석출되었다. 이러한 응집 체의 내부 구조 등을 평가하기 위하여 동결건조를 실시 하였고 건조된 응집체를 절단하여 내부구조를 전자현

Fig. 7. Effects of electron beam treatment on the dissolution of cotton pulp by ionic liquid Me.

Fig. 6. Effects of electron beam treatment on the dissolution of cotton pulp by ionic liquid AC.

Fig. 8. The appearance of regenerated cellulose from ionic liquid solution.

Fig. 10. The ¹³C NMR spectrum of regenerated cellulose from Me ionic liquid dissolution of 100 kGy electron beam treated cotton pulp.

(a) Control (b) 50 kGy (b) 100 kGy

Fig. 9. The SEM Image of cross section of the regenerated cellulose from ionic liquid solution depending on the electron beam irradiation.

미경으로 관찰 하였다. Fig. 9에서 보는 바와 같이 직경 100 µm 내외의 작은 구멍들이 다소 존재하지만 대체로 매끈한 덩어리의 면을 가지고 있는 것으로 확인되었 다. 또한 이러한 형태는 전자빔 처리 등에 의해 뚜렷한 차이를 가지지 않는 것으로 나타났다.

3.7 석출 셀룰로오스의 화학적 특성 분석 Fig. 10은 100 kGy의 조사량으로 전자빔 처리한 면섬 유를 100 ^oC에서 30분간 이온성 액체(Me)로 용해한 후 재생된 셀룰로오스를 D2O로 용해시켜 측정한 ¹³C NMR 스펙트럼을 보여주고 있다. 재생된 셀룰로오스가 이온성 액체와의 반응으로 포스파기화(phosphorylation) 되었 음은 62.3 ppm(6 위치)에서의 피크와 아울러 64.3 ppm(6’ 위치)에서의 피크가 함께 나타나는 것을 보아 C6 에서 수산기의 치환이 이루어진 것을 확인함으로 통해 유 추할 수 있다. 이러한 결과는 MCC (microcrystalline powder)를 같은 이온성 액체 Me에 용해시켜 재생된 셀룰로오스의 ¹³C스펙트럼 결과와 동일한 것을 알 수 있다.¹⁸⁾

이러한 결과는 아래 반응식과 같이 글루코오스 단위 체의 수산기가[Dmim][(MeO)(H)PO2]의 메틸포스파 이트 양이온과의 상호 작용에 의하여 치환됨과 동시에 메탄올이 제거되어 디메틸이미다졸룸 셀룰로오스 포 스파이트가 생성된다는 것을 보여 주고 있다.¹⁸⁾ CONTROL 50 kGyL 100 kGy

N⁺

N ^-O P

H

O

O CH3

O O HO OH

O P H

O O^-

N N⁺

n 1 3 2 4 5

6' O

O HO OH

OH

n +

- CH3OH

Fig. 11. Schematic illustration of the phosphorylation of cellulose with [Dmim][(MeO)(H)PO2].

4. 결 론

본 연구에서는 전자빔으로 처리한 면 펄프를 이온성 액체에 의해 용해시켜, 그 전자빔처리가 이온성 액체의 용해특성에 미치는 영향을 알아보자 하였다. 전자빔 처 리에 의한 면 펄프의 변화를 파악하고자 온수추출과 알 칼리추출을 실시하였고, 본 연구에서는 그 특성이 상이 한 두 가지 이온성 액체 1-allyl-3-methylimidazolium chloride ([Amim]Cl]: AC), 1,3-dimethylimidazolium methyl phosphite ([Dmim][(MeO)(H)PO2]: Me)를 적 용하여 각각의 용해특성을 평가하였다. 전자빔 조사량 이 증가할수록 구조의 파괴 등으로 인해 온수추출 및 알칼리 추출량이 증가하는 것을 확인할 수 있었고, 이 러한 영향으로 이온성 액체에서의 용해효율도 증가하 는 것을 확인 할 수 있었다. 이온성 액체 AC와 Me에서 각각 30분, 40분씩 용해시킨 경우 전자빔 처리 시료의 경우에는 완전한 용해가 이루어졌지만 미처리 시료는 완전히 용해되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한 용 해된 이온성 액체에 Acetonitrile 첨가하여 용해된 셀 룰로오스의 석출을 실시하였고 석출된 응고체를 동결 건조하여 단면구조를 전자현미경으로 평가하였는데 이를 통해 석출된 셀룰로오스 응고체는 균일하게 이루 어진 구조를 가지는 것을 확인할 수 있었다. 전자빔 조 사처리는 셀룰로오스 석출효율을 감소시키지만 응고 체의 특성이나 형태 등에서는 뚜렷한 차이를 가져오지 않는 것으로 나타났다. 또한, 이온성 액체 Me를 적용하 여 용해시킨 경우 재생된 셀룰로오스가 이온성 액체와 의 반응으로 포스파기화(phosphorylation) 되는 것으 로 확인되었다. 이러한 전자빔 처리는 리그닌 등 복잡 한 구조로 이루어진 난용해성 시료의 용해를 촉진하는 방법으로 적용이 가능할 것으로 판단되면 향후 좀 더 다양한 소재의 이온성 액체 용해를 위한 방안으로 적용

연구가 필요한 것으로 판단되었다.

사 사

본 연구는 ‘원자력연구기반확충사업’의 지원에 의 해 이루어졌습니다.

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