동시 복합 가교를 통한 알지네이트/젤라틴 블렌드 섬유의 제조

Abstract

본 연구에서는 알지네이트와 젤라틴 메타크릴레이트를 블렌드하여 습식 방사를 통한 천연 고분자 기반의 섬유를 제조하고자 하였다. 방사 과정에서 원료인 젤라틴의 손실을 최소화하고 역학적 특성과 물에 대한 안정성이 향상된 섬유를 제조하고자 알지네이트는 칼슘 이온으로 이온 가교를 하였고, 동시에 젤라틴에 메타크릴레이트 작용기를 도입하여 광 가교를 시도하였다. 먼저, 동시 복합 가교의 효과를 확인하고자 알지네이트의 이온 가교만 이루어진 알지네이트/젤라틴 단순 블렌드 섬유와 젤라틴 개질을 통한 광 가교가 도입된 알지네이트/젤라틴 메타크릴레이트 블렌드 섬유의 젤라틴 유실도와 역학적 특성을 비교하였다. 그 결과, 광 가교 도입으로 인하여 젤라틴 유실도가 42.4% 감소하였고, 섬유의 강도와 탄성률이 증가하였다. 또한, 알지네이트와 젤라틴 메타크릴레이트의 블렌드 비율이 6:4 일 때, 젤라틴 유실도가 최소화되면서 역학적 특성이 향상되었다. 응고욕에 젤라틴의 비용매인 에탄올을 첨가하여 응고욕의 조성을 조절함에 따라 섬유에 미치는 영향을 확인한 결과, 섬유의 단면 형태는 콩 모양(bean-shape)으로 변화하였고, 젤라틴의 유실도는 감소하였다. 하지만 섬유의 취성이 강해지는 경향을 나타내었다. 반면 응고욕에서의 추가 광 가교를 진행한 결과, 기존의 응고욕에서 유실되던 젤라틴이 추가로 가교되어 젤라틴의 유실도는 추가 가교 전에 비해 33.5 % 감소하였다. 섬유의 인장 강도와 탄성률 역시 추가 가교로 인하여 향상되었다. 응고욕에 에탄올 첨가와 비교하였을 때, 비슷한 정도의 젤라틴 유실도를 개선할 수 있었지만, 물성은 더 향상된 것을 확인하였다. 다음과 같은 과정을 통해 원료인 젤라틴의 손실을 최소화하여 생산성을 높이면서 역학적 특성과 물에 대한 안정성이 개선된 젤라틴 기반의 천연 고분자 섬유를 제조하였다.

In this study, we prepared alginate/gelatin methacrylate blend fibers by wet-spinning. In order to minimize the loss of gelatin during spinning process and improve mechanical properties and water stability of blend fibers, we introduce in-situ dual crosslinking method. Alginate was ionic-crosslinked by calcium ion and at the same time, photo-crosslinking was attempted by introducing methacrylate functional groups into gelatin. Firstly, to confirm the effect of dual crosslinking, gelatin leakage and mechanical properties of alginate/gelatin simple blend fiber were compared with those of alginate/gelatin methacrylate blend fiber. As a result, the gelatin leakage was decreased by 42.4% and the strength and modulus of blend fibers were improved due to the introduction of photo-crosslinking. In addition, when the blend ratio of alginate to gelatin methacrylate was 6:4, the gelatin leakage was minimized and the mechanical properties of fibers were confirmed. As a result of evaluating the effect of the composition of coagulation bath on the fiber, the cross-sectional shapes of the fibers were changed into bean-shape and the gelatin leakage was decreased. However, the brittleness of the fiber became stronger. Furthermore, as a result of additional photo-crosslinking in the coagulation bath, the gelatin leakage was decreased by 33.5% compared with that before additional crosslinking. The strength and modulus of blend fibers were also improved due to the additional crosslinking.