종이의 재활용 특성을 향상시키는 나노섬유

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-10-19
스페인 연구진은 최근 종이의 특성을 크게 개선할 수 있는 새로운 연구결과를 발표했다. 나노 제작 기술을 이용한 이번 연구는 종이 사용으로 인한 환경 파괴를 줄여줄 수 있을 것으로 기대된다. 특별히 이번 기술은 기존의 기술보다 에너지 사용량도 적어서 그 활용성이 클 것으로 기대된다. 종이 펄프에 셀룰로오스 나노섬유를 추가하는 것은 일반종이가 재활용될 수 있는 수의 거의 두 배 이상 재활용하는 것을 가능하게 한다. 나노섬유가 어떻게 만들어지는가에 따라서 종이로 인한 환경 영향이 크게 달라질 수 있다고 연구원은 말했다. 종이는 마이크로 폭의 셀룰로오스 섬유가 뭉쳐져서 한데 어울려진 매트 형태 구조를 띤다. 지난 수년 동안 연구원들은 나노 미터의 폭을 가진 셀룰로오스 섬유를 일반 섬유에 추가하는데 관심을 가져왔다. 나노섬유는 매우 높은 표면적을 가지고 있어 인접한 섬유와 더 많을 결합을 만들어 낸다. 이러한 결합으로 종이는 매우 질겨진다. 스페인 바로셀로나에 위치한 히로나대학(University of Girona) Marc Delgado-Aguilar 교수 연구진은 종이에 나노섬유를 추가하여 환경적인 영향을 평가하기를 원했다. 연구진은 일반 종이를 여러 번 재활용했다. 종래의 재활용 메커니즘과 기술을 적용하였다. 연구진은 이러한 과정에서 각각의 재활용 과정에서 약 3% 무게 비중으로 셀룰로오스 나노섬유를 추가하여 비교실험을 진행했다. 연구진은 각각의 과정에서 종이의 기계적 강도를 측정하였다. 기존의 재활성 과정으로 만들어진 종이는 3회 재활용 후에는 다시 글자를 쓰기에 적당하지 않는 수준으로 바뀌었다. 반면에 나노섬유가 첨가된 종이는 7회 재사용을 할 때까지 쓰기가 가능하였다. 셀룰로오스 나노섬유의 결점은 강한 산과 산화제로를 이용하여 만들어진 나무 펄프에 셀룰로오스 섬유를 다시 나노 크기로 잘라내기 위해서 기계적인 처리 과정이 필요하다는 것이다. 이러한 화학적인 처리 과정을 제거하기 위해서 연구진은 각각의 나노섬유를 분리하는데 기계적인 방법을 사용하였으며 이는 기존의 비용에 비해서 1/00 이하로 줄어드는 효과를 가져다 주었다. 연구진은 두 기술의 환경 영향에 대한 사전 평가를 진행했다. 물과 에너지 소비를 고려한 평가를 진행했다. 또한 인간의 건강과 자원 낭비에 대한 결과를 평가했다. 이러한 두 재활용 기술은 매우 비슷한 환경 영향을 보였다. 나노 섬유가 여러 번의 재활용을 더 거치지만 두 기술의 환경에 대한 영향은 거의 동일한 것으로 확인되었다. 그러나 나노 섬유 생산 기술은 에너지 소비를 줄이는 동시에 더 사용되어도 양질의 수준을 그대로 유지하는 종이를 만드는 것을 가능케 하고 있다. 이번 연구결과는 현재 생산되는 종이의 재활용 특성을 크게 향상시킬 수 있어서 종이 사용으로 인한 환경 문제를 줄이는데 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 그림. 종이에서 추출된 마이크로 폭의 가진 셀룰로오스 섬유와 이러한 섬유를 다시 분리하여 나노섬유를 만들었다. 이렇게 만들어진 종이의 강도는 크게 향상되었으며 또한 재활용 특성이 크게 개선되었다. 1444755183212.jpg http://cen.acs.org/articles/93/web/2015/10/Cellulose-Nanofibers-Reduce-Papers-Environmental.html