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1. 셀룰로오스 추출
1.1. 실험 목적
실생활에 필요한 물건들을 만드는데 다방면으로 유용한 셀룰로오스를 추출하여 본다. 셀룰로오스는 섬유소라고도 불리며 용도가 매우 다양하기 때문에 이를 추출하는 것이 실험의 목적이다.
셀룰로오스는 자연계에 가장 많이 존재하는 유기화합물로, 식물 세포벽의 기본구조이다. 화학식은 (C6H10O5)n으로 D-글루코스가 β-1,4 결합으로 다수 중합되어 사슬형태로 연결되어 있다. 셀룰로오스는 다당류 중에서 분자량이 가장 크며 천연상태에서 수만∼수십만에 이른다. 물, 에탄올, 에테르 등에는 녹지 않고 알칼리에는 상당히 강하나 산이나 구리암모니아용액 내에서는 가수분해되어 글루코스가 된다.
이온성 액체에 물을 첨가하면 셀룰로오스에 대한 용해 능력을 잃어버린다. 이는 이온성 액체가 셀룰로오스를 잘 용해시키는 특성이 있기 때문이다. 이온성 액체는 소금과 같이 양이온과 음이온의 이온결합으로 이루어진 염 화합물로서 100℃ 이하의 비교적 낮은 온도에서 액체 상태로 존재한다.
이온성 액체는 증기압이 영에 가까운 낮은 휘발성, 비폭발성, 고온에서도 안정적인 액체 상태를 유지하는 높은 열적 안정성으로 인해 청정용매라 불리며 친환경용매로 각광받고 있다. 또한 다양한 무기물, 유기물, 고분자 물질을 용해시킬 수 있고 소수성, 용해도, 점도, 밀도 등의 물리화학적 특성을 쉽게 변화시킬 수 있다.
실험 기구로는 마그네틱 바, 교반기, 바이알 2개가 사용되었다. 실험 시약으로는 셀룰로오스 분말, 증류수, [HEMIm]Cl 이온성 액체가 사용되었다.
1) 증류수에 셀룰로오스 분말을 넣어 관찰한다.
2) 바이알에 이온성 고체상태의 [HEMIm]Cl을 넣고, 교반기를 이용해 열을 가하면서 마그네틱바를 넣고 저어준다.
3) 용해된 이온성 액체 ([HEMIm]Cl)에 셀룰로오스 분말을 넣고 관찰한다.
4) 셀룰로스가 들어간 이온성 액체에 증류수를 첨가한 후 관찰하고 1)과 비교한다.
실험 결과, 증류수에 넣은 셀룰로오스는 녹지 않았지만, 이온성 액체에는 잘 녹았다. 셀룰로오스가 녹은 이온성 액체에 증류수를 첨가하였을 때 셀룰로오스가 다시 응집되어 액체 위로 떠다녔다.
이를 통해 셀룰로오스가 물에는 녹지 않지만 이온성 액체에서는 잘 용해된다는 것을 알 수 있다. 이는 셀룰로오스 체인의 수산기들이 적도 상 위치에 있어 수소 결합이 쉽게 형성되어 물에는 잘 녹지 않지만, 이온성 액체에서는 이온결합과 분산력에 의해 용해될 수 있기 때문이다.
또한 이온성 액체에 물을 첨가하면 셀룰로오스에 대한 용해 능력을 잃어버리는데, 이는 물의 극성이 증가하면서 셀룰로오스와의 상호작용이 약해지기 때문이다. 이처럼 이온성 액체는 셀룰로오스를 효과적으로 용해시킬 수 있는 친환경적인 용매라고 할 수 있다.현대 사회에서 환경 문제가 대두되면서 지속 가능한 패션에 대한 관심이 점점 커지고 있다. 패션 산업은 전 세계적으로 큰 환경적 영향을 미치고 있으며, 이를 해결하기 위한 방법 중 하나로 친환경 재생섬유의 사용이 주목받고 있다. 친환경 재생섬유는 기존의 합성 섬유와 달리 천연 원료에서 추출되거나, 재생 가능한 자원을 활용하여 만들어지며, ...
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