셀룰로오스는 β-1,4- 글리코 시드 결합으로 연결된 많은 포도당 단위로 구성된 복잡한 다당류입니다. 그것은 식물 세포벽의 주요 성분이며 식물 세포벽에 강력한 구조적지지와 강인성을 제공합니다. 긴 셀룰로오스 분자 사슬과 높은 결정도로 인해 강한 안정성과 불분명성이 있습니다.
(1) 셀룰로오스의 특성 및 용해의 어려움
셀룰로오스는 다음과 같은 특성을 가지고있어 용해가 어렵습니다.
높은 결정도 : 셀룰로오스 분자 사슬은 수소 결합 및 반 데르 발스 힘을 통해 단단한 격자 구조를 형성합니다.
고도도의 중합 : 셀룰로오스의 중합 정도 (즉, 분자 사슬의 길이)는 일반적으로 수백에서 수천 개의 포도당 단위에 이르며, 이는 분자의 안정성을 증가시킨다.
수소 결합 네트워크 : 수소 결합은 셀룰로오스 분자 사슬 사이와 셀룰로스 분자 사슬 내에 널리 존재하므로 일반적인 용매에 의해 파괴되고 용해되기가 어렵습니다.
(2) 셀룰로오스를 용해시키는 시약
현재 셀룰로오스를 효과적으로 용해시킬 수있는 알려진 시약은 주로 다음 범주를 포함합니다.
1. 이온 성 액체
이온 성 액체는 유기 양이온 및 유기 또는 무기 음이온으로 구성된 액체이며, 일반적으로 변동성이 낮고 열 안정성이 높고 조절성이 높습니다. 일부 이온 성 액체는 셀룰로오스를 용해시킬 수 있으며, 주요 메커니즘은 셀룰로오스 분자 사슬 사이의 수소 결합을 파괴하는 것입니다. 셀룰로오스를 용해시키는 일반적인 이온 성 액체에는 다음이 포함됩니다.
1- 부틸 -3- 메틸이 미다 졸륨 클로라이드 ([BMIM] CL) :이 이온 성 액체는 수소 결합 수용체를 통해 셀룰로오스에서 수소 결합과 상호 작용함으로써 셀룰로오스를 용해시킨다.
1- 에틸 -3- 메틸이 미다 졸륨 아세테이트 ([EMIM] [AC]) :이 이온 성 액체는 비교적 온화한 조건 하에서 고농도의 셀룰로스를 용해시킬 수 있습니다.
2. 아민 산화제 용액
디 에틸 아민 (DEA) 및 염화 구리의 혼합 용액과 같은 아민 산화제 용액을 [Cu (II)-암모늄 용액]이라고하며, 이는 셀룰로오스를 용해시킬 수있는 강력한 용매 시스템입니다. 산화 및 수소 결합을 통해 셀룰로오스의 결정 구조를 파괴하여 셀룰로오스 분자 사슬을 더 부드럽고 가용성으로 만듭니다.
3. 리튬 클로라이드-디메틸 아세트 아미드 (LICL-DMAC) 시스템
LICL-DMAC (리튬 클로라이드-디메틸 아세트 아미드) 시스템은 셀룰로오스를 용해시키는 전형적인 방법 중 하나이다. LICL은 수소 결합에 대한 경쟁을 형성하여 셀룰로스 분자 사이의 수소 결합 네트워크를 파괴 할 수있는 반면, 용매로서의 DMAC는 셀룰로오스 분자 사슬과 잘 상호 작용할 수있다.
4. 염산/아연 클로라이드 용액
염산/아연 아연 용액은 셀룰로오스를 용해시킬 수있는 초기 발견 된 시약이다. 염화 아연과 셀룰로오스 분자 사슬 사이의 배위 효과를 형성함으로써 셀룰로오스를 용해시킬 수 있으며, 셀룰로스 분자 사이의 수소 결합을 파괴하는 염산이 파괴 될 수있다. 그러나이 솔루션은 장비에 부식성이 높으며 실제 응용 분야에서 제한적입니다.
5. 섬유소 용해 효소
섬유소 용해 효소 (예 : 셀룰라 제)는 셀룰로오스의 더 작은 올리고당 및 단당류로의 분해를 촉매함으로써 셀룰로오스를 용해시킨다. 이 방법은 생분해 및 바이오 매스 전환 분야에서 광범위한 응용을 가지고 있지만, 용해 공정은 완전히 화학적 용해는 아니지만 생체 촉매를 통해 달성된다.
(3) 셀룰로오스 용해의 메커니즘
다른 시약은 셀룰로오스 용해에 대한 다른 메커니즘을 가지지 만 일반적으로 두 가지 주요 메커니즘에 기인 할 수 있습니다.
수소 결합의 파괴 : 경쟁적인 수소 결합 형성 또는 이온 상호 작용을 통해 셀룰로오스 분자 사슬 사이의 수소 결합을 파괴하여 용해성을 만듭니다.
분자 사슬 이완 : 셀룰로스 분자 사슬의 연질을 증가시키고 물리적 또는 화학적 수단을 통해 분자 사슬의 결정도를 감소시켜 용매에 용해 될 수 있습니다.
(4) 셀룰로오스 용해의 실제 적용
셀룰로오스 용해에는 많은 분야에서 중요한 응용이 있습니다.
셀룰로오스 유도체의 제조 : 셀룰로오스를 용해시킨 후, 식품, 의약품, 코팅 및 기타 분야에 널리 사용되는 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스 에스테르 및 기타 유도체를 제조하기 위해 추가로 화학적으로 변형 될 수 있습니다.
셀룰로스 기반 물질 : 용해 된 셀룰로오스, 셀룰로오스 나노 섬유, 셀룰로오스 막 및 기타 물질을 사용하여 제조 될 수 있습니다. 이 물질은 우수한 기계적 특성과 생체 적합성을 갖는다.
바이오 매스 에너지 : 셀룰로오스를 용해시키고 분해함으로써, 재생 에너지의 발달 및 활용을 달성하는 데 도움이되는 바이오 에탄올과 같은 바이오 연료 생산을 위해 발효 가능한 설탕으로 전환 될 수 있습니다.
셀룰로오스 용해는 다수의 화학적 및 물리적 메커니즘을 포함하는 복잡한 공정이다. 이온 성 액체, 아미노 산화제 용액, LICL-DMAC 시스템, 염산/아연 클로라이드 용액 및 셀로 용해 효소는 현재 셀룰로오스 용해에 대한 효과적인 작용제로 알려져있다. 각 에이전트에는 고유 한 용해 메커니즘 및 응용 분야가 있습니다. 셀룰로오스 용해 메커니즘에 대한 심층적 인 연구를 통해보다 효율적이고 환경 친화적 인 용해 방법이 개발되어 셀룰로오스의 활용 및 발달에 더 많은 가능성을 제공하는 것으로 여겨진다.
시간 후 : 7 월 9 일 -2024 년