부산대학교 도서관

본 연구에서는 농도 및 나노필러 도입에 따른 셀룰로오스 나노결정 (CNC)의 물리적 상태 및 입자 간 상호작용을 고찰하였다. 이를 위해, 정적/동적 유동, 대변형 유동, 고체상태의 동역학 거동 등 다양한 유변학적 관찰을 활용하였다. 수분산액 내 CNC의 농도가 증가함에 따라, CNC는 등방성상에서 이방성상으로, 이방성상에서 겔 상으로의 상전이 거동을 나타냈다. 전단력에 의한 고농도 CNC의 이차결합 파괴 및 회복 거동을 반복 정적유동 시험, 크리이프-회복 시험 등을 통해 고찰하였다. 이차결합의 즉각적인 회복 덕분에, 겔 상의 CNC는 콜레스테릭 상에서 네마틱 상으로 안정적으로 전이되었다. 그 결과 제조된 투명 필름의 일축 배향 방향 및 수직 방향의 파단응력이 획기적으로 증가하였다. 나노필러로서 셀룰로오스 나노섬유 (CNF)를 CNC 수분산액에 도입한 경우 CNC의 유변학적 거동은 크게 변화되었다. 상이한 표면특성의 CNF를 활용, 변화된 CNC의 유변학적 거동이 나트륨 양이온에 의한 표면 전하 가림막 효과에 기인한 결과임을 보였다. 표면 전위 분석 및 정적, 대변형 유동 등의 유변학적 분석 결과를 토대로 CNF의 함량에 따른 CNC 거동 변화 메커니즘을 제시하였다. 최종적으로 CNF/CNC 필름의 동역학 거동을 분석, 이종의 나노셀룰로오스가 가진 형태학적 특성이 최종 제품 물성에 미치는 영향을 고찰하였다.
In this study, the cellulose nanocrystal (CNC) behaviors in fluid and solid states were interpreted using various rheological tools. As the concentration increased, the physical state of CNC suspension changed from an isotropic phase to an aligned gel state via a cholesteric phase. The time-dependent rheological behavior revealed that the physical network originates from the intensive secondary bond. With large shear deformation, the CNC became aligned after network destruction. The tensile strength of the film dramatically increased because the aligned gel was not easily relaxed. When the cellulose nanofiber (CNF) was introduced, the sodium cation released from CNF changed the electrostatic conditions of CNC via charge screening. The zero-shear viscosity and yield stress of CNC increased owing to the screening of CNC surface charge and the inflated volume of CNF. The different networking between CNC and CNF changed the time dependency of complex moduli in the solid state. This study provides a fundamental understanding of CNC behavior for optimizing processes and composite properties.