As modern society develops, it becomes very complex and diverse, and interests in the convenience of life and the natural environment are gradually increasing. Products used in our daily life are also changing according to the needs of consumers, and food packaging is one of them. In particular, retort packaging materials have been used for the purpose of long-term preservation of contents, but the appearance of products suitable for recent environmental issues has been somewhat delayed. Therefore, in order to develop eco-friendly and human-friendly products by replacing the metals used in the existing retort packaging materials, the possibility of substitution was examined using cellulose nanofibers, a natural material. As a result, it can be seen that all functions can be replaced according to the existing long-term storage characteristics for retort packaging films. In particular, not only oxygen permeability and water vapor permeability, which are one of the most important factors, but also heat resistance, which is heating durability, is evaluated as applicable to commercialization compared to products using metals currently in use.
Kim, Youngsan;Lim, Daekyu;Kwon, Sangwoo;Jang, Hyunho;Park, Su-il
한국포장학회지
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제28권2호
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pp.89-95
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2022
The goal of this study was to evaluate the effect of spent coffee grounds (SCG) biofiller on the morphological, thermal, mechanical and hydrolytic degradation characteristics of poly(lactic acid) (PLA) based biocomposites. The PLA-based biocomposite films were fabricated by using a high-viscosity kneading and hot-pressing machine. The PLA/SCG biocomposites were analyzed with SEM, DSC, TGA, UTM and hydrolytic degradation test. Aggregation in the PLA matrix is a result of increasing SCG concentrations. In the thermal properties, it was described that the cold crystallization temperature (Tcc) decreased as SCG was added to PLA. When SCG was incorporated to PLA, the degradation onset temperature (Tonset) revealed a diminish. The elastic modulus increased while tensile strength of PLA diminished as SCG was applied. Through hydrolysis analysis, the decomposition of PLA was accelerated with the addition of SCG. This research confirmed the possibility of devloping an eco-friendly packaging material with high degradability as SCG hasten the breakdown of PLA.
오늘날 다양한 용도로 사용하고 있는 석유계 플라스틱은 지구 환경 및 생태계에 큰 위협을 주는 존재로서 이를 대체하기 위한 방안을 찾기 위해 범세계적으로 각 분야에서 많은 노력이 가해지고 있다. 이런 관점에서 본 연구에서는 생분해성 특성을 지닌 해양 바이오매스 유래 알지네이트에 석유계 기반의 폴리비닐알콜(Poly vinyl alcohol; PVA)을 10 wt% 혼합하여 알지네이트 기반 폴리비닐알콜 블렌드 필름(alginate-based PVA blend films)을 수용액상으로부터 캐스팅하여 제조하였다. 가교제로는 글루타르알데히드가 사용되었으며, 필름에 항균성을 부여하고자 캐슈넛껍질액으로부터 추출된 알킬 페놀계 바이오오일인 카다놀(cardanol) 성분을 0.1 ~ 2.0 wt% 범위로 첨가하였다. 이렇게 제조된 블렌드 필름의 특성을 알아보기 위하여 푸리에변환 적외선 분광법(FTIR), 열중량분석(TGA), 인장강도, 팽윤도 및 항균성 등을 측정하였다. FTIR과 열중량분석, 인장강도 결과들은 주성분인 알지네이트에 PVA가 하나의 매트릭스 상을 이루며 잘 분산되어 있음을 보여주었고, 특히, 단일 성분일 때 약점으로 알려진 알지네이트의 취성(brittle)과 PVA의 약한 열적 내구성이 블렌드를 이루면서 PVA와 알지네이트 기능기들의 가교 및 수소결합으로 인하여 열적, 기계적인 물성들이 향상됨을 보였다. 카다놀 성분의 첨가는 황색포도상구균과 대장균에 대한 항균성을 크게 향상시켜 60 min 접촉시간에서 황색포도상구균의 사멸율은 98% 이상이고, 대장균의 경우 약 70%의 우수한 향균 성능을 나타냈다. 알지네이트-PVA 블렌드에 대한 최적 항균성은 카다놀이 0.1 ~ 0.5 wt% 범위이었다. 이상의 결과들을 볼 때, 카다놀을 함유한 알지네이트-PVA 블렌드 필름은 식품 포장제 및 여러 항균소재로서 응용할 수 있을 것으로 판단된다.
PLGA는 미국 식품의약품안전청의 승인을 받은 합성고분자로서 생체재료로 널리 쓰이며, 실크피브로인은 세포친화성 및 우수한 기계적 특성으로 세포의 조직성장을 지지한다. 본 연구에서는 PLGA/실크피브로인 0, 10, 20, 40 및 80 wt% 하이브리드 필름을 제조하였고 함량별 슈반세포의 최적환경을 설정하고자 하였다. DSC결과 PLGA/실크피브로인 필름이 in vivo 적용시 열적으로 안정할 것으로 사료되었다. 접촉각 측정을 통해 PLGA/실크피브로인 10 및 20 wt% 필름이 세포 분화 및 증식에 적합할 것으로 사료되며 RT-PCR과 SEM 결과로부터 PLGA에 10 및 20 wt%의 실크피브로인을 함유한 필름에서 슈반세포의 우수한 부착거동 및 형태유지를 확인하였다. 또한 WST 결과 10 wt% 실크피브로인 함량에서 높은 증식률이 확인되었다. 결과적으로 PLGA/실크피브로인 10 및 20 wt% 필름이 세포에 알맞은 상호관계를 제공해 긍정적으로 작용함을 확인하였다.
Polycaprolactone (PCL)을 base로 하는 효과적인 compost 필름을 만들기 위하여 옥수수전분을 블렌딩한 뒤 기계적 특성과 미생물에 의한 생분해도를 조사하였다. 비상용성을 보이는 옥수수전분/PCL 블렌드에 대한 상용화제로는 2-hydroxyethylmethacrylate (HEMA)-PCL macromer를 옥수수전분에 그래프팅시킨 공중합체를 사용하였는데 옥수수전분에 대한 HEMA의 그래프팅율이 가장 높은 것과 가장 낮은 것을 선택하여 일정한 조성의 $\varepsilon$-caprolactone에 그래프팅시킨 상용화제들의 상용화 효과를 비교하였다. 상용화제를 함유한 옥수수전분/PCL (50/50) 블렌드의 신장율이 상당히 증가하였으며 SEM 관찰 결과 이는 상용화제로 인해 옥수수전분 알갱이와 PCL 기질간의 계면 접착력이 증가하였기 때문으로 판단된다. 그러나 모듈러스와 인장강도는 상용화치 사용에도 불구하고 별다른 변화가 없었다.
폴리아스팔트아미드[${\alpha}$,${\beta}$-poly(2-hydroxyethyl-DL-aspartamides), PHEAs]는 폴리아미노산의 일종으로서 잠재적인 의학 및 약학분야에 응용가능한 생분해성 생체적합성 재료로 널리 연구되어 왔다. 본 연구에서는 PHEA와 폴리(비닐 피롤리돈)(PNVP)의 블렌드 및 semi-IPN 젤에 관하여 다루었다. 블렌드 필름은 용액 캐스팅법으로 제조되었다. 제조된 블렌드는 전 조성에서 투명하였으며 DSC를 통해 조성에 따라 단조롭게 변화하는 단일한 유리전이 온도가 관찰됨으로써 두 개 고분자가 서로 상용성이 있음을 확인하였다. 고분자간의 가능한 수소결합 상호작용을 FTIR을 이용하여 설명하였다. 한편, 일정 조성의 PHEA/PNVP 블렌드 용액을 핵사메틸렌디이소시아네이트(HMDI)를 가교제로 사용하여 semi-IPN 타입의 하이브리드 젤을 제조하고, 제조된 젤의 팽윤 물성과 모폴로지를 조사하였다.
Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) is a biodegradable and biocompatible bioplastic. Effective PHB degradation in nutrient-poor environments is required for industrial and practical applications of PHB. To screen for PHB-degrading strains, PHB double-layer plates were prepared and three new Bacillus infantis species with PHB-degrading ability were isolated from the soil. In addition, phaZ and bdhA of all isolated B. infantis were confirmed using a Bacillus sp. universal primer set and established polymerase chain reaction conditions. To evaluate the effective PHB degradation ability under nutrient-deficient conditions, PHB film degradation was performed in mineral medium, resulting in a PHB degradation rate of 98.71% for B. infantis PD3, which was confirmed in 5 d. Physical changes in the degraded PHB films were analyzed. The decrease in molecular weight due to biodegradation was confirmed using gel permeation chromatography and surface erosion of the PHB film was observed using scanning electron microscopy. To the best of our knowledge, this is the first study on B. infantis showing its excellent PHB degradation ability and is expected to contribute to PHB commercialization and industrial composting.
Poly(L-lactic acid)(PLLA) 고분자 필름 및 지지체의 세포 친화성을 향상시키기 위하여 산소 플라즈마 처리후 카복실기를 함유한 아크릴산(AA)을 $in$$situ$ 그래프트시켰다. Stimulated body fluid(SBF) 용액에 15일간 담지시킨 후 hydroxyapatite(HA)를 형성시킨 시료와 phosphate-buffered saline(PBS), fetal bovine serum(FBS), 식염수 및 세포 배양용 배지에 담지시킨 다음 PLLA 시료 표면의 접촉각을 비교해 본 결과, HA 표면이 가장 낮은 접촉각을 나타내었다. 또한 연골세포와 조골세포는 HA 표면 위에서 높은 점착과 성장을 보였으며 연골세포가 HA에 많은 영향을 받는 것으로 확인되었다. 조골세포의 경우 HA 표면 이외에도 FBS나 세포 배양배지에 담지된 표면에서도 높은 세포 증식을 보였다. 더욱이 필름형태보다는 3차원 입체 구조의 다공성 지지체에서 연골세포와 조골세포의 점착과 세포 증식이 향상됨도 확인할 수 있었다. 이러한 표면개질된 PLLA는 조직공학적으로 연골이나 뼈 재생을 위한 유-무기 하이브리드 지지체로 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
어분단백질의 이용성을 높이기 위한 가식성 혹은 생분해성 필름가공을 목적으로 알칼리 처리하여 제조된 FMPI의 물성과 이물성과 ester 화합물의 필름 투과율과 인장강도에 미치는 영향을 조사한 결과는 다음과 같다. 어분으로부터 알칼리처리하고 추출조건을 달리하여 제조된 FMPI의 추출량은 추출시간이 증가함에 따라 증가하였다. FMPI의 소수성은 추출시간 1시간일 때 가장 높게 나타났다가 그 이상 추출시간이 경과함에 따라 감소하였다 유화활성은 추출시간이 5시간까지 증가함에 따라 급격한 증가를 보였으며, 유화안정성은 추출시간 2시간까지 추출시간의 증가에 따라 급격한 감소를 보여 유화활성과 상반된 결과를 나타내었다. 점도는 pH가 2일 때 가장 높게 나타났고 pH가 4일 때 가장 점도가 낮게 나타났다. 첨가하는 가소제의 농도가 증가할수록 필름의 ethyl acetate의 투과도는 증가하였다. 가소제의 종류별에 따른 ethyl acetate의 투과도는 polyethylene glycol, glycerol 및 sorbitol 첨가 필름 순으로 높게 나타났으며, ester 화합물 중에서는 ethyl formate의 투과속도가 가장 높았다. 온도가 증가함에 따라 ethyl acetate의 필름 투과속도는 증가하였다. FHPI의 표면소수성이 증가하면 필름의 인장강도가 증가하였다. 필름의 신장율은 FMPI의 표면소수성보다 가소제의 종류에 더 큰 영향을 받았다.
p-Xylene을 용매로 사용하고, 몇 가지 다른 종류의 촉매를 사용하여 직접 축중합에 의해 직쇄형 폴리락트산 합성 실험을 하였다. 그 중 우수한 활성을 보인 촉매는 주석(Tin)계 촉매이었다. 촉매의 양과 용매의 양을 변화시켜 중합반응을 한 결과, 촉매 0.2g (0.5 wt % 모노머), 용매 100 mL 수준에서 보다 높은 분자량의 중합체를 얻을 수 있었으며, 이때 대수점성도 ${\eta}_{inh}$는 0.72 dL/g(중량평균분자량(GPC)=70500)이었다. 직접중합 반응 시스템에서 분자량을 더욱 향상시키기 위해 branching 모노머로서 다가알콜인 dipentaerythritol(dipet) 또는 pentaerythritol(pet)을 소량 도입하여 스타형 폴리락트산을 합성하였으며, 직쇄형에 비해 분자량 분포가 좁고, 향상된 분자량(최고 ${\eta}_{inh}$ = 1.14, ${\bar{Mw}}$ = 143,200)을 얻을 수 있었다. Dipet의 함량이 0.05~0.2 wt %일 때 보다 높은 분자량의 폴리락트산을 얻을 수 있었으며, 얻어진 중합체의 열적성질은 직쇄형에 비해 큰 차이가 없었다. 얻어진 고분자량의 중합체로부터 투명하고 강인한 필름을 성형할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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