셀룰로오스
마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose, MFC)란?
1. 마이크로피브릴화 셀룰로오스(Microfibrillated Cellulose, MFC)
목재 펄프 등 천연 셀룰로오스 섬유를 기계적으로 강하게 해섬(Fibrillation)하여 매우 가늘고 긴 미세 섬유(Fibril) 형태로 만든 셀룰로오스 소재입니다.
한국어로는 미세섬유화 셀룰로오스, 마이크로피브릴화 셀룰로오스 등으로 표현합니다.
MFC는 마이크로 크기부터 나노 크기까지 다양한 굵기의 Fibril이 함께 존재할 수 있는 섬유 네트워크형 셀룰로오스 소재라는 점이 중요합니다.
2. 정보
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구분 |
내용 |
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한글명 |
마이크로피브릴화 셀룰로오스 / 미세섬유화 셀룰로오스 |
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영문명 |
Microfibrillated Cellulose |
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약어 |
MFC |
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분류 |
Fibrillated Cellulose |
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주요 원료 |
목재 펄프 및 기타 식물성 셀룰로오스 |
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형태 |
길고 가는 Fibril의 얽힌 네트워크 |
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일반적인 공급 형태 |
수분산액, Slurry, Paste, Gel, 건조제품 등 |
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주요 기능 |
Rheology 조절, 보강, 안정화, Barrier |
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주요 분야 |
도료, 코팅, 접착제, 종이, 포장, 복합재, 건축재 등 |
3. MFC 제조과정
일반적으로 정제된 셀룰로오스 펄프를 물에 분산시킨 후 강한 기계적 전단력을 가해 셀룰로오스 섬유를 점차 미세한 Fibril로 분리합니다.
Wood / Plant -> Cellulose Pulp-> 전처리 ->기계적 해섬
->Microfibrillation -> Microfibrillated Cellulose (MFC)
기계적 처리에는 Homogenizer, Grinder, Microfluidizer, Refining 등의 방법이 사용될 수 있습니다.
제조공정에 따라 효소 처리나 화학적 전처리를 병행하여 해섬 효율과 최종 물성을 조절하기도 합니다.
4. MFC 특징
1) 3차원 섬유 네트워크
MFC의 가장 중요한 특징 중 하나입니다.
길고 가는 셀룰로오스 Fibril들이 서로 얽히고 수소결합하면서 물속에서 3차원 네트워크 구조를 형성할 수 있습니다.
이 때문에 MFC는 단순한 충전재라기보다 구조를 형성하는 기능성 첨가제로 활용됩니다.
2) Rheology Modifier
MFC는 도료·코팅·접착제에서 특히 관심을 받습니다.
제형에 첨가하면 Fibril network를 통해 점도와 유동 특성을 조절할 수 있습니다.
특히 다음과 같은 특성을 부여하는 데 활용할 수 있습니다.
점도 조절
Thixotropy 부여
Sagging 억제
침강 방지
입자 Suspension 안정화
수계 제형의 안정성 향상
실제 효과는 MFC의 종류, 농도 및 전체 formulation에 따라 달라집니다.
3) 보강 효과
MFC는 높은 Aspect Ratio를 가진 셀룰로오스 Fibril 구조이므로 종이, Polymer 및 Coating 등에 첨가하여 기계적 보강재로 사용할 수 있습니다.
4) Barrier 소재
MFC를 치밀하게 배열하여 코팅이나 필름을 형성하면 기체가 이동해야 하는 경로가 길어져 산소 등의 Gas Barrier 성능을 향상시킬 수 있습니다.
그래서 종이·식품 포장 분야에서 바이오 기반 Barrier Coating 소재로 활발하게 개발되고 있습니다.
다만 셀룰로오스는 친수성이므로 높은 습도에서는 수분의 영향을 받을 수 있습니다.
5) 높은 표면적
미세하게 Fibrillation되면서 일반 펄프보다 표면적이 크게 증가합니다.
표면에 많은 Hydroxyl group(-OH)이 존재하기 때문에 수소결합 및 다양한 표면개질이 가능합니다.
5. 도료·코팅에서 MFC의 역할
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기능 |
역할 |
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증점 |
Fibril network를 이용한 점도 증가 |
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Thixotropy |
전단에 따른 유동성 조절 |
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Anti-sagging |
수직면에서 코팅 흘러내림 억제 |
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Anti-settling |
안료·필러의 침강 억제 |
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Suspension |
입자의 분산 상태 유지 |
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보강 |
건조 도막의 기계적 특성 개선 가능 |
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Barrier |
치밀한 셀룰로오스 네트워크 형성 |
7. 독성정보
셀룰로스(Cellulose)는 흰색, 무취의 물질로서, 랫드를 이용한 발암성실험에서 아무런 영향을 미치지 않았으나,
눈에 노출이되었을 경우 즉시 물로 씻어주고, 피부에 노출이 되었을 경우에는 비누로 씻어준다.
그리고 흡입하였을 경우에는 신선한 공기를 흡입하여야 한다.
셀룰로스는 ECHA에 의해서 유해성물질로 분류되지 않았으며, IARC 발암물질 분류에 포함되어 있지 않다.