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생체고분자의 종류 및 응용분야

Bio Polymer - Chitin Heparinoids : Their Preparation and SpecificitiesBio polymer ? Biopolymers are polymers formed in nature during the growth cycles of all organisms; hence, they are also referred as natural or biological polymers. The most prevalent structural biopolymers are the polysaccharide cellulose in higher plants and protein collagen in animals. Cellulose CollagenPolysaccharide Glucose or orPolysaccharide Disaccharide Maltose Malt( 맥아 , 보리쌀 ) 에 있는 α-1,4-glucan maltohydrolase 가 starch 를 선택적으로 maltose 로 분해 Starch Maltose α-D-glucose Ethanol Lactose Galactose + Glucose SucrosePolysaccharide Polysaccharide Architectural Cellulose , Chitin (2) Nutritional Starch, Glycogen (3) Specific agent HeparinPolysaccharide Polysaccharide – Chitin / Chitosan hydrolysis Amide → Amine Chitosan = poly(D-glucosamine) Chitin = poly (N-acetyl D-glucosamine) Degree of Deacetylation (D.A) 60% ↑ Change of Molecular WeightPolysaccharide Polysaccharide – HeparinProtein ProteinProtein Protein Architectural Keratin , Collagen (2) Transfer Hemoglobin (3) Kinetic 근육 단백질 (4) Catalyst EnzymeBio polymer 의약품 Amylase (amylose 를 분해하는 효소 ) Protease (protein 을 분해하는 효소 ) Nuclease (nucleic acid 를 분해하는 효소 ) Lactase (lactose 를 분해하는 효소 ) Application ⅠBio polymer 소염제 각종 단백질을 분해하는 효소 Urokinase 혈액중의 가용성 단백질이 불용성의 fibrin 으로 되어 혈관 벽에 붙는 것 Fibrin 은 plasmin 에 의해 용해되나 , 혈액에서는 plasminogen 으로 존재 Urokinase 는 plasminogen 을 plasmin 으로 변환 시키는 효소로 작용 Application ⅡBio polymer Asparaginase Asn 은 세포 증식 및 세포의 생명유지에 필수 외부로부터 Asn 의 공급이 없으면 종양세표의 증식이 멈춤 혈액내에서 Asparaginase 를 주입하면 Asn 이 Asp 로 변함 문제점 : Asparaginase 는 대장균에서 추출한 것으로 인체내에서 항원으로 작용 혈액 중에서 다른 효소들에 의해 분해 암 세포의 증식 뿐만 아니라 정상세포의 증식도 멈춤 Application ⅢBio polymer 식품 공업 전분가공 : 55% (Amylase, glycosidase) 유가공 : 30% (Protease 계열 ) 맥주 , 주스 , 와인 : 15% (Maltose…) Application ⅣBio polymer 신 재생 에너지 태양광 : 전도성 고분자 풍력 , 조력 수소 연료 전지 : 수소가스의 조절 - 나피온 바이오 연료 : 바이오 디젤 , 바이오 에탄올 Application Ⅴ Triglyceride (TG) +H 2 O 가수분해 CH 3 OH + 3RCOOH + 3RCOOCH 3 바이오 디젤Bio polymer 바이오 에탄올 Application Ⅵ Ethanol Maltose Glucose Starch 발효 발효 발효 MTBE (Methyl Tert -Butyl Ether) Polymer 에서 Monomer or dimer 로의 분해에 기술적 한계 Polysaccharide 의 확보Q A Thank for your listening{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2013.05.12| 16페이지| 1,000원| 조회(393)

키토산, 글루코스, 생체고분자

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그래핀 기반 고분자 나노 복합 소재

Polymer/Graphine Nono Composite1. Grapine?-정의흑연(graphite), 그리고 탄소 이중결합을 가진 분자를 뜻하는 접미사 ‘-ene’를 결합하여 만든 용어이다. 그래핀은 흑연의 표면층을 한 겹만 떼어낸 탄소 나노 물질이다. 연필심으로 쓰이는 흑연은 탄소를 6각형의 벌집모양으로 층층이 쌓아 올린 구조인데 이 것에서 가장 얇게 한 겹을 떼어낸 것이 그래핀이다. 따라서 그래핀은 2차원 평면형태를 가지고 있으며, 두께는 0.2nm(1nm은 10억 분의 1m) 즉 100억 분의 2m 정도로 엄청나게 얇다.그래핀은 관 형태로 말려 있는 탄소나노튜브와 화학적 성질이 아주 비슷하지만 탄소나노튜브보다 균일한 금속성을 갖고 있기 때문에 산업적으로 응용 가능성이 더 크다. 후공정을 통해 금속성과 반도체성을 분리할 수 있다.-특징그래핀의 두께는 0.2nm~0.35nm 정도로 현존하는 물질 중 가장 얇다. 하지만 물리적, 화학적으로는 가장 강한 소재이다. 강도가 강철의 200배, 다이아몬드의 2배 이상이며, 반도체 등의 소재로 사용되는 구리보다 전기가 100배 이상 잘 통한다. 그래핀은 빛의 98%를 통과 시킬만큼 투명하고, 탄성이 뛰어나 잘 휘어지며 늘리거나 구부리고 비틀어도 전기적 성질을 잃지 않는다.-용도flexible 투명 필름, 전자기기(디스플레이, 터치 스크린), 태양전지판, wearable 컴퓨터, 접어서 보관 가는한 스크린2. 그래핀의 합성ⅰ) 기계적 박리법 (Peel-off 법)기계적 박리법은 결합력이 약한 부분으로 구성되어 있는 흑연 결정을 힘으로 떼어내는 것이다. 마찰을 이용해 흑연 결정으로부터 그래핀을 만드는 것이다. 그래핀의 π-궤도함수의 전자가 표면상에 넓게 퍼져 분포하면서 매끈한 표면을 가지기 때문에 가능하다. 이와 같은 방법으로 언급되는 것이 스카치 테이프의 접착력을 이용하여 단층 그래핀을 분리하는 방법이다.ⅱ) 화학적 박리법화학적 박리법은 흑연결정으로부터 박리된 그래핀 조각들을 화학적 처리를 통하여 용액상에 분산시키는 것을 의미한다. 흑연을 산화시킨 후에 초음파 등을 통해 분쇄하면 수용액 상에 균일하게 분산된 산화 그래핀을 만들 수 있고 여기에 하이드라진등의 환원제를 이용하게 되면 산화구조가 없어지고 결정성이 우수한 그래핀을 얻을 수 있다. 다만 이렇게 얻어진 최종 그래핀의 경우 환원제를 사용하더라도 완벽할 만큼 환원과정이 이루어지지 않는 단점으로 인하여 전기적 특성을 감소시키는 결과가 발생할 수 있다. 반면 계면 활성제 등을 이용하여 분리된 그래핀의 경우에는 환원과정으로 얻어진 그래핀에 비하여 전기적 성질은 향상되나 그래핀 조각들 간의 저항으로 인하여 실용적인 수준의 저항 특성을 보여주지 못한다는 단점을 가지고 있다.ⅲ) 화학 증기 증착법화학 증기 증착법은 고온에서 탄소를 잘 흡착하는 전이금속을 촉매 층으로 이용하여 그래핀을 합성하는 방법이다. 촉매 층으로 활용할 니켈/구리 등을 기판 위에 증착하고 약 100℃의 고온에서 메탄, 수소 혼합가스와 반응시켜 적절한 양의 탄소가 촉매 층에 녹아 들어가거나 흡착되도록 한다. 이후 냉각을 통하여 촉매 층에 포함된 탄소원자들을 표면에서 결정화시킴으로서 그래핀 결정구조를 형성하게 된다. 이렇게 합성된 그래핀은 촉매 층을 제거함으로서 기판으로부터 분리시킨 후 원하는 용도에 맞게 사용할 수 있다. 촉매의 종류와 두께, 반응시간, 냉각속도, 반응 가스의 농도 등을 조절함으로서 그래핀 층수를 조절하는 것이 가능하다.ⅳ) 에피택시법고온에서 결정이 흡착되어있거나 포함되어 있던 탄소가 표면의 결을 따라 그래핀으로 성장하는 것을 의미한다. 이 방법을 이용하면 결정성이 웨이퍼 크기정도까지 균일한 그래핀 필름을 합성할 수 있지만 다른 방법에 비해 상대적으로 전기특성이 좋지 못할 뿐 아니라 기판이 매우 비싸고 소자를 제작하기가 매우 어렵다는 단점이 있다.ⅴ) 유기 합성법유기 합성법은 테트라페닐 벤젠을 이용한 것이다. 테트라페닐벤젠에 탄소-탄소 결합을 이용하여 두 개의 방향족을 결합시켜 헬사페닐벤젠으로 만든다. 염화철을 산화제로 사용하면 헥사페닐벤젠의 축합 중합이 가능하다. 이렇게 되면 폴리페닐벤젠이 만들어지고, 이들 탄소 사이에 결합들이 각각 생기면서 그래핀이 만들어 진다. 이 방법은 안전하면서도 쉽게 그래핀을 만들 수 있다는 장점이 있다.3. 그래핀의 표면 개질 방법Ⅰ) 그래핀의 화학적 개질ⅰ) 그라파이트 옥사이드의 환원간단한 방법으로 그라파이트 조각들로부터 균일하게 용매 내에서 분산시킨 후 KOH와 환원과정을 통하여 최종적으로 그래핀을 얻는다. 여기서 KOH는 산화과정을 통하여 그라파이트 표면에 생성된 카르복실기와 반응하여 최종적으로 양전하를 띠게 됨으로써 서로 간의 상호작용력을 크레하여 그래핀 시트를 제조한다.ⅱ) 그래핀의 공유결합 개선대부분의 산화과정을 통한 그래핀제조 방법은 표면과 끝 부분 등에 많은 관능기 (카르복실기 등)를 생성하게 하는데 이는 주로 친수성기로 존재한다. 이러한 친수성기에 유기물을 공유결합시킴으로써 시트 간의 반발력을 향상시킬 수 있다.Ⅱ) 전기화학적 개질화학적으로 개질된 그래핀의 콜로이드 서스펜션을 형성하기 위해 흑연을 전기화학적 처리한다. 기존 흑연 전극을 물과 imidazolium 기반 이온성 액체의 상 분리 혼합물에 담가서 양극으로 사용하며, 10-20V의 일정한 퍼텐셜을 전극에 걸어준다. 전기화학적 반응 30분 후, 이온성 액체로 기능화된 그래핀 시트가 흑연 전극에 침전된다.4. 고분자/그래핀 나노 복합소제 제조 방법Ⅰ) In-situ 삽입 중합법그래핀 또는 개질 그래핀을 액체 모노머로 팽윤시키고, 이어 개시제를 분산시킨 후 열 또는 전자기파를 조사하여 중합반응 한다. 다양한 고분자 나노 복합 소재가 이 방법에 의해 생산된다.Ⅱ) 용액 삽입 중합법용매에 고분자를 용해시킨 다음 여기에 그래핀 또는 개질 그래핀층을 팽윤시킨다. 그래핀 또는 개질 그래핀은 층간 적층 힘이 약하기 때문에 물, 아세톤, 클로로포름, DMF 또는 톨루엔과 같은 용매에 쉽게 분산된다. 고분자는 층 분리 시 시트에 흡착되고, 용매를 증발시키면 고분자가 샌드위치 된 나노 복합 소재가 된다. 이 방법은 에폭시 기반 나노 복합 소재 합성에 적용 될 수 있으나 용매 제거가 문제이다.Ⅲ) 용융 삽입법용융 삽입 기술은 용매가 필요 없으며, 흑연, 그래핀 또는 개질 그래핀을 용융상태에서 고분자 매트릭스와 혼합한다. 열가소성 고분자를 압출 및 사출성형과 같은 기존 방법으로 기계적으로 혼합하고, 고분자 체인을 삽입 또는 박리시켜 나노 복합 소재를 제조하는 방법으로 열가소성 나노 복합 소재를 제조하는 일반적 방법이다.5. 그래핀 충전 고분자 나노 복합 소재Ⅰ) 에폭시/그래핀 나노복합체

공학/기술| 2011.06.06| 5페이지| 1,000원| 조회(621)

고분자, 복합재료, 복합소재, 그래핀, 나노복합소재

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