Effects of Fatty Acid Content on AKD Emulsion Stability and Sizing Performance

LiliMelani 국민대학교 일반대학원 2017 국내석사

Abstract Effects of Fatty Acid Content on AKD Emulsion Stability and Sizing Performance Lili Melani Department of Forest Products and Biotechnology, Graduate School Kookmin University Seoul, Korea AKD emulsion consists of fatty acid as a raw material. The present of that fatty acid might have negative, positive, or negligible impact on emulsion stability and paper sizing performance. It is essential to understand since many industries doing export-import activity in related to distribute AKD in form of emulsions. Longer distributing period and unstable condition during shipping period might be influences the stability and performance of AKD. This thesis investigated the stability of alkyl ketene dimer (AKD) emulsion based on fatty acid content, storage temperature, and storage period. In addition, sizing performance of AKD emulsion were investigated based on fatty acid content and the dosage those was applied on handsheet making. In this study, three kinds of AKD emulsion there are emulsion A1, A2, and A3 with different fatty acid content in term 12.5; 15; and 20% respectively were kept in water bath at different temperature 40, 50, and 60°C for 0, 15, and 30 days storage period. Stability had analyzed after 15 and 30 days in term of particle size and viscosity. Hydrolyzed AKD have analyzed by FT-IR and 1H-NMR after 30 days storage. Further, the physical properties and sizing degree performance such as bulk, density, tensile index, Cobb , Stöckigt, and water contact angle were evaluate. According to these results, increasing fatty acid from 12.5% to 20% would increase the viscosity. Moreover, temperature slightly effect to viscosity of emulsion, which is increasing temperature would decrease the viscosity. In term of storage period, the viscosity decreased as well as the longer storage period. Through FT-IR the 1H-NMR, band at 1848, 1720 cm-1 and peak near 2.3 ppm where ketones and carboxylic acid typically found clearly appeared, thus it gives positive result to hydrolysis of AKD. Result showed that bulk was in range 1.60-1.76 cm3/g, density was in range 0.57-0.62 g/cm3, and tensile index slightly decreased by increasing fatty acid content from 12.5 to 20%. Further, the performance of Cobb sizing degree would increase as well as the increasing of fatty acid content. AKD was hydrolyzed due to thermal condition gave better sizing degree. For Stöckigt test and water contact angle, the result were similar with Cobb sizing test, it suitable that increasing fatty acid content of AKD performed better sizing degree. Moreover, increasing the dosage of AKD in papermaking process led to increase sizing degree performance. By considered some aspects, such as less chemical usage and the obtained results emulsion A3 were select for the best treatment option to be applying in papermaking process. Keywords: AKD emulsion, fatty acid content, stability, sizing performance

생장지역에 따른 소나무 형성층 활동의 계절적변화와 영향인자분석

박소연 국민대학교 2016 국내석사

본 연구는 소나무(Pinus densiflora)의 지역별 재질 차이를 분석하기 위해 수행하였다. 동일 수종이라도 생장지역과 영급에 따라 재질의 차이가 존재하는데, 형성층 활동이 이러한 목재의 재질과 양을 결정하므로 형성층의 계절적 변화를 분석하였다. 형성층 활동 분석 결과, 2014년 소광리의 형성층 분열 개시 시기는 4월 중순이고 9영급에서는 5월~6월 중순 사이로 나타났다. 안면도는 영급에 구분 없이 4월 초에 시작하였다. 2015년 형성층 분열 개시 시기는 소광리 5영급에서 4월 초, 9영급에서 4월 말로 관찰되었다. 안면도는 2014년도보다 이른 3월 말에 형성층의 분열이 개시된 것으로 조사되었다. 형성층의 분열 종료 시기는 2014년 소광리 9영급에서 9월 말부터 10월 초 사이로 가장 이르게 나타났다. 나머지 임분에서는 소광리, 안면도 구분 없이 10월 중순~10월 말 사이에 종료되었다. 2015년에도 소광리 9영급 임분에서 가장 이르게 세포 분열이 종료된 것으로 조사되었다. 5영급 임분은 9월 말에서 10월 초 사이였으며, 안면도는 영급의 구분 없이 10월 초 대부분의 소나무에서 형성층 활동이 종료되었다. 두 지역의 영급별 형성층 분열 기간을 살펴본 결과, 2014년 소광리 소나무의 경우 평균 133.3일(9영급: 103.2일, 5영급: 163.4일)이었고 안면도 소나무의 경우 평균 181.4일(9영급: 172.7일, 5영급: 190일)로 나타났다. 2015년 소광리 소나무는 평균 142일(9영급: 120일, 5영급: 164일)이었고, 안면도 소나무는 평균 179일(9영급: 171.8일, 5영급: 186.4일)이었다. 두 해 모두 소광리 소나무가 안면도 소나무보다 형성층 분열 기간이 짧게 나타났다. 반면에 소광리 5영급에서 형성된 목재 세포 수가 더 많았다. 그리고 2015년에 형성된 세포 수 보다 2014년에 형성된 세포 수가 더 많았다. 단계별 세포 수와 기온과 습도 인자와의 상관성을 분석한 결과 모든 임분에서 영급의 구분 없이 비후 단계의 세포 수와 기온과의 높은 상관성을 나타냈다. 2014년도에는 습도와 상관성을 나타낸 반면 2015년에는 습도와의 상관성이 나타나지 않았다. 또한 2014년도에는 확장 단계의 세포 수와 기온과의 상관성이 나타났으나 2015년에는 나타나지 않았다. This study was conducted to analyze the difference in quality of Pinus densiflora by regional groups. As a result of analysis of cambial activity in Sokwang-ri is the middle of April in 2014 and the time in age class Ⅸ is between May and the middle of June. The cambial activity in Anmyondo started at the beginning of April, regardless of age class in 2014. It was observed that the starting time in 2015 was at the beginning of April in Sokwang-ri and at the end of April in age class Ⅸ. It was examined that the time in Anmyondo was the end of March which is earlier than the time of result in 2014. The cessation of cambial activity was between October. So, It was appeared that the time was the earliest. The rest of stands ended in between the middle and the end of October, regardless of Sokwang-ri and Anmyondo. In 2015, it was examined that the cell division of stands in Sokwang-ri age class Ⅸ ended the earliest. Age class Ⅴ ended in between the end of September and the beginning of October. Cambial activity of pine at Anmyondo was ended in early October, regardless of age class. As a result of anaylzing the period of the cambium division by the age class of two regions, in the case of pine at Sokwang-ri in 2014, the period was 133.3 days on average. (Age class Ⅸ : 103.2 days, Age class Ⅴ: 163.4 days). In the case of pine at Anmyondo, the period was 181.4 days on average. (Age class Ⅸ : 172.7 days, Age class Ⅴ: 190 days) In 2015, the period of pine at Sokwang-ri was averagely 142 days (Age class Ⅸ : 120 days, Age class Ⅴ: 164 days) and the period of pine at Anmyondo was 179 days. (Age class Ⅸ : 171.8 days, Age class Ⅴ: 186.4 days)It was turned out that the period of pine at Sogwang-ri than at Anmyeondo was shorter in both 2014 and 2015. On the other hand, the number of lumber cells formed in Age class Ⅴ at Sogwang-ri was more than that at Anmyeondo. And the number of cells formed in 2014 was more than that in 2015. As a result of anaylzing interrelationship bewteen the number of cells and relative humidity, the high interrelationship was showed up. In 2014, the interrelationship with relative humidity was showed up, on the other hand, the interrelationship in 2015 was not showed up. Also, in 2014, the interrelationship between the number of cell in extensional stage was showed up. But, in 2015, the interrelationship was not showed up.

Prebiotic effect of six medicinal plants, including Carthami Tinctorii Fructus, on the growth of Staphylococcus epidermidis

차승현 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내석사

연쇄상구균을 비롯한 병원성 세균의 감염은, 미생물이 인체의 상피 세포로 침입하여 발생된다. 이에 따라 피부 미생물 조절을 통해 병원성 미생물에 의한 감염을 예방하기 위해 천연 식물 유래 화합물에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 140 종의 약용 식물로부터 추출물을 제조하였으며, 이를 이용한 피부 미생물의 균형을 돕는 피부 상재균인 Staphylococcus epidermidis 와 피부 감염 질환을 유발하는 대표적인 미생물인 Staphylococcus aureus 의 분포를 개선할 수 있는 추출물을 확인하였다. 두 종의 미생물을 각각 또는 혼합하여 배양 할 때, 식물 추출물에 의한 분포 변화를 Colony forming unit (CFU) 방법을 이용하여 관찰하였다. 그 결과, 도인, 동과자, 백편두, 상엽, 의이인, 그리고 홍화자 약용 식물들이 최종적으로 선별되었다. 이러한 약용 식물 추출물에 의해 S. aureus의 생장을 각각 32%, 66%, 47%, 83%, 52%, 그리고 90% 강력하게 억제함과 동시에 S. epidermidis의 생장은 각각 70%, 98%, 381%, 633%, 408%, 그리고 576% 증가시키는 효과가 있음을 확인하였다. 또한, 95% 에탄올을 용매로 제조한 추출물에서 선택적으로 이러한 효과가 매우 강력하게 관찰되었다. 이는 비극성 화합물이 prebiotic 효과를 나타내는 주요 화합물임을 제안하며, 추출물의 주요 단일 화합물인 D-amygdalin 과 linoleic acid 또한 미생물 분포 개선 효과를 나타냈다. 이는 식물 유래 화합물이 대표적인 피부 유익균인 S. epidermidis의 숙주 면역 기능을 향상시켜 병원성 미생물의 생장을 방해함으로써 피부 건강 개선 효과를 향상시킨다. 이는 피부 미생물의 균형을 유지하고 병원성 미생물 감염에 의한 피부 질환 예방 효과를 향상 시킬 수 있는 새로운 방법을 제안한다. It’s has been reported that the entry of pathogenic bacteria, including streptococci into epithelial cells may represent an early stage of invasive infections. The plant derived compound has been investigated in order to disrupt the function of pathogenic bacteria aim to control pathogenic bacteria population which would help to avoid bacterial infection. The 140 medicinal plants samples were extracted and observed beneficial potential for improvement of bacterial population on human skin between Staphylococcus epidermidis represented as commensal skin bacteria which would help to balance skin bacteria and S. aureus represented as pathogenic skin bacteria which commonly present on human skin mainly cause the skin infection. The cell count using colony forming unit (CFU) was performed to observe the population change between bacterial sample under plant extract treatment under both individual and mixed culture condition. Six medicinal plants extract include Persicae Semen Batsch (seed), Benincasa hispida (seed), Lablab purpureus L. (seed), Morus alba L. (leaf), Coix lacryma-jobi L. (seed) and Carthamus tinctorius L. (seed) showed outstanding result to inhibit S. aureus cell density 32%, 66%, 47%, 83%, 52% and 90% respectively, while simultaneously enhance S. epidermidis cell density 70%, 98%, 381%, 633%, 408% and 576%. Non-polar active compounds were the consequence of pre-biotic effect proved from 95% ethanol solvent extraction provided maximum solubility of non-polar compound. The disruption of pathogen from bacterial interference mechanism from S. epidermidis host immunity may enhanced the effectiveness by these non-toxic plants derived compounds that can be useful to maintain balanced of skin microbiota and in the prevention of skin disease.

비목질계 Cellulose nanofibrils를 이용한 패키징 용지의 표면 특성 평가

박찬용 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내석사

최근 들어 각국의 천연자원 유출에 대한 제한적 규제정책에 따라 유용 목재자원의 이용에 어려움이 커지고 있고. 또한 온실가스 배출감축에 따른 환경문제들로 인해 비목질계 섬유자원의 활용에 대한 관심이 증가되고 있다.1) 셀룰로오스는 지구상에 존재하는 가장 풍부한 바이오 폴리머 중 하나로서 목재 및 비목질계 자원의 주성분이다. 셀룰로오스는 다양한 처리방법을 통해 나노 단위의 초미세 셀룰로오스로 단리될 수 있으며, 이 중 기계적 처리방법으로 단리된 셀룰로오스를 CNF (Cellulose nanofibrils)라고 부른다. CNF는 생분해성, 기계적 강도, 화학개질 특성 등 우수한 물리·화학적 특성을 지니고 있어 다양한 분야에서 응용되고 있다. 그 중 포장 응용분야에서는 석유계 기반의 소재를 대체하기 위한 생분해 가능한 친환경 소재 개발에 대한 관심이 증가하고 있다. 그러나 식품포장 용도로 생분해 필름을 사용할 경우 포장재로서의 배리어 특성이 좋지 않으며 천연 고분자에 따른 물리적 성질이 약하기 때문에 사용상 매우 제한적이다. 따라서 천연중합체를 합성중합체와 혼합하거나 화학적으로 개질시켜 특정 조건의 환경에서 응용 가능하도록 개발하고 있다.38) 본 연구에서는 개질화 나노셀룰로오스가 패키징 용지의 표면에 미치는 영향을 평가하기 위해 목재섬유(Sw-BKP, Hw-BKP)와 비목질계 섬유(hemp bast fiber, kenaf fiber)로 제조된 셀룰로오스 나노피브릴을 이용하여 표면 처리 후 제반 물리․화학적인 특성을 분석하였다. 개질화 처리한 경우 미처리 시보다 균일하고 미세한 셀룰로오스 나노피브릴 제조가 가능하였으며, 미처리 섬유에 비해 점도가 높고 섬유의 탈수시간이 증가하였다. 또한 비목질계 섬유의 경우 목재 섬유보다 결정화도가 높았다. 목재 및 비목질계 섬유로 제조된 셀룰로오스 나노피브릴 시트는 기계적 처리 횟수가 증가함에 따라 인장강도 및 탄성률은 증가하였으며, 개질화에 따라 시트의 강도는 저하되었지만 불투명도 특성은 개선되었다. 또한 기계적 처리 및 개질화 처리를 통해 시트의 표면 평활성을 개선할 수 있었다. 셀룰로오스 나노피브릴을 도포함으로써 기존 다공성 구조의 시트 공극을 충진시켜 표면구조를 균일하게 하여 표면거칠기 값을 감소시켰고, 개질화 유무에 따른 표면의 소수화 거동을 확인할 수 있었다. Recently, interest in the use of non-wood fiber resources has been increasing due to gradual shortage of wood resources and in the purpose to reduce greenhouse emissions.1) Cellulose is the most abundant biopolymers present on earth and the major component in wood and non-wood resources. Cellulose can be converted to cellulose nanofibrils (CNF) through various methods, and the most common method that has been used is mechanical treatment method. CNF has excellent properties such as biodegradable, high mechanical strength, and easy to reformability. Therefore, it can be used in a wide range of fields. Among them, there is growing interest in developing environmental-friendly material to replace oil-based material. However, the use of biodegradable films for packaging material is very limited due to the poor quality and weak physical properties caused by natural polymers. Based on that reason, natural polymers are often mixed with other synthetic polymers or has been chemically modified to expand their application for specific purpose.38) Therefore, surface modification by using biopolymers is essential. In this study, surface treatment was performed using cellulose nanofibrils from wood fiber (Sw-BKP, Hw-BKP) and non-wood fiber (hemp bast fiber, kenaf bast fiber) then the impact to physical properties was evaluated. Treatment process on cellulose fiber were able to make more uniform and smaller size than untreated cellulose, also it is more viscous and increased the dehydration time. In addition, the degree of crystallization in non-wood fiber was higher than wood fiber. According to data, cellulose nanofibrils sheets which manufactured from wood and non-wood fiber increased tensile strength and elasticity as increasing the number of mechanical treatment, meanwhile the degree of transparency of sheets showed decreasing. The surface of the sheets showed smoother after surface treatment. Surface treatment by coating with cellulose nanofibrils resulted the smaller size in the sheet pores, decreasing SMD value, and increaseing the hydrophobicity of surface which was confirmed by Cobb value.

Effects of Pulp Fibers and Chemical Additives on Softness Component of Hygiene Paper

박정윤 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내박사

The market for hygiene paper, which is a daily necessity, shows steady growth with a compound annual average growth rate of approximately 5%. The main drivers of this growth are increases in population, income level, demand for health care, and the lack of substitute products. Hygiene paper includes toilet paper, facial tissue, paper towel, napkin, and wrapping tissue. Strength, absorbency, softness, and minimal linting are important properties of hygiene paper. In particular, softness is known to be a critical factor in determining purchasing decisions for hygiene paper products. Softness is generally assessed subjectively by panelists, and the method of evaluation is developed by the manufacturer. Therefore, it is difficult to obtain quantifiable data that can be objectively compared. Each manufacturer also evaluates softness through physical measurement methods and controls their process conditions accordingly. However, these methods are protected in the same way as patent registration. In this study, a subjective softness evaluation method was developed based on Thurstone’s theory, which can generate a linear scale value from a paired comparison test, and it was named the “new sensory panel test.” In addition, the bulk stiffness and the mean deviation from the average surface friction (MMD) were used as components of an objective softness evaluation method for hygiene paper to predict bulk softness and surface softness, respectively. The validity of the objective softness evaluation method was verified by analyzing the correlation between the developed subjective and objective softness evaluation methods. The surface softness component had more influence on the subjective softness evaluation results than the bulk softness component. Using this measurement technique, the effect of fibers and chemical additives on the softness of hygiene paper substrate was evaluated through objective numerical values. The surface softness component of handsheets made from various pulp species was measured. The results showed that the effect of coarseness was the largest among the fiber characteristics such as average fiber length, fiber width, and coarseness. As the coarseness of the fiber increases, a rough surface is formed and the MMD is increases. Non-wood fibers showed long fiber length and low coarseness, thus enabling the production of hygiene paper with high strength and high softness. Chemical additives are used singly or in combination to impart functionality to paper and hygiene paper. In particular, in the hygiene paper making process, dry strength agent, wet strength agent, softener, and others are widely used. The effects of chemical additives on the surface softness component were evaluated. In the case of dry and wet strength agents, there was no change in the MMD according to the addition amount. The MMD was decreased by adding a softener, which is the purpose of its addition to the hygiene paper making process. The softener and dry strength agent showed the characteristics of the softener, irrespective of input position, owing to the low molecular weight of the dry strength agents. The softness and wet strength were improved when the wet strength agent was added before the softener. In the case of lotion treatment applied to the surface of tissue paper, the surface softness component of non-silicone-based lotion was similar or improved, which may overcome the problems of silicone-based lotion. Based on the results of this study, a new softness evaluation method was developed, and this measurement method could lead to the development of various process technologies or chemical additives that could improve the softness of hygiene paper products.

파워 스펙트럼 기법을 이용한 종이의 표면 거칠음도 분석

정현석 국민대학교 일반대학원 임산생명공학과 임산생명공학전공 2018 국내석사

종이의 표면 거칠음도는 표면 특성이 요구되는 인쇄 및 도공 등의 가공 공정에서 품질을 결정하는 주요 인자로서 일반적으로 공기누출 방식을 통해 간접적으로 측정되었다. 그러나 간접측정 방식은 거칠음도의 상대적 비교는 가능하지만 인쇄나 도공 등의 가공공정은 종이 표면에 직접 접촉되어 이루어지기 때문에 이러한 특성에 대한 평가나 결과 예측에는 적합하지 않다. 본 연구에서는 탐침의 접촉을 통해 거칠음 프로파일을 얻어내는 직접 거칠음 측정 방식으로 종이의 표면 거칠음도를 측정 및 평가하고자 하였다. 직경 100 ㎛의 구형 팁을 갖는 피라미드 탐침을 사용하였으며 접촉 힘, 스캔 속도, 데이터 수집 속도의 세 가지 변수로 최적의 거칠음 프로파일 측정 조건을 선정했다. 측정된 표면 거칠음 프로파일은 디트랜딩과 윈도윙 과정을 거쳤으며, 이후 고속 푸리에 변환을 통해 1D-PSD 스펙트럼으로 변환했다. 파장에 따라 나타난 1D-PSD 스펙트럼에서 종이의 표면 거칠음도는 파장영역에 따라 분리가 가능했으며 10∼1,000 ㎛의 파장영역에서 전체 거칠음도의 95% 이상의 거칠음도 기여도를 나타내는 것을 확인하였다. 파장영역 별 1D-PSD와 간접 거칠음도 측정법들의 상관성 분석을 실시했을 때 200 ㎛보다 긴 파장영역의 1D-PSD와는 높은 상관성을 나타냈으나 그 이하의 파장영역에서는 상관성이 급격하게 감소하였다. 이를 통해 간접 거칠음도 측정법들이 긴 파장영역의 거칠음도에서 시험편 간의 상대 비교는 가능하지만 200 ㎛ 이하의 파장영역의 거칠음도 측정에는 적용하기 어렵다는 것을 확인하였다. 고해시간과 침엽수와 활엽수 혼합에 따른 표면 거칠음도 변화를 1D-PSD를 통한 파장영역 별 거칠음도로 설명할 수 있었다. 침엽수 및 활엽수 섬유의 고해 시간이 증가함에 따라 섬유 절단 및 미세분이 발생하게 되는데, 이는 1,000 ㎛ 이상의 장파장 영역 1D-PSD와 10∼100 ㎛ 파장영역에서 1D-PSD의 변화를 통해 그 변화를 확인할 수 있었다. 인쇄용지의 디지털 인쇄 시 인쇄 품질은 색 재현성 평가인 색 농도와 평균 광택도를 적용하여 평가하였으며, 이들과 1D-PSD의 상관성 평가를 통해 파장영역 별 거칠음도와 인쇄품질 간의 상관관계를 분석하였다. 인쇄물의 색 농도와 평균 광택도는 200∼1,000 ㎛ 파장영역의 거칠음도와 높은 상관성을 나타냈다. 반면 공기누출 방식들로부터의 거칠음도(bendtsen 및 PPS)는 인쇄 품질들과 상대적으로 낮은 상관성을 나타냈으며, 광학적 이미지를 통한 거칠음도(Optitopo)는 색 농도와는 높은 상관성을 나타냈으나 평균 광택도와는 낮은 상관성을 나타냈다. 이와 같은 결과들로부터 탐침을 이용한 접촉측정 방식을 통해 거칠음 프로파일을 얻고, 그로부터 계산된 1D-PSD는 종이의 표면 거칠음도 측정 및 표면 거칠음도를 요구하는 특성 평가에 매우 적합하다고 판단된다. 특히 종이 표면을 구성하는 입자(섬유, 미세분, 무기입자, 도공물질)들의 크기가 서로 다른 종이에 파장영역 별로 분리된 거칠음도를 적용함으로써 종이의 표면특성 분석에 있어 새로운 표준으로 도입할 수 있다고 판단된다. The surface roughness of paper is major factor in determining the quality of printing and coating that require surface properties, and the surface roughness of paper is generally measured indirectly through the air-leak methods. The indirect surface roughness measurements are comparable to sample comparison but they are not suitable for characterization or outcome prediction of printing or coating. Because the printing and coating works proceed in contact with the paper surface. In this study, I tried to measure and evaluate the surface roughness of paper by measuring the surface roughness directly by obtaining the roughness profile through the contact of the probe. A pyramid shape probe with a spherical tip having a diameter of 100㎛ was used to change the three parameters(contact force, scan speed, and data acquisition rate) to select optimum conditions of roughness profile measurement. The measured roughness profiles were converted to a 1D-PSD spectrum through a fast Fourier transform after de-trending and windowing process. In the 1D-PSD spectrum according to the wavelength, the surface roughness of paper was able to be separated according to the wavelength region, and it was confirmed that paper surface roughness of 95% or more also contributed to the wavelength range of 10 to 1,000㎛. Correlation analysis of 1D-PSD for each wavelength region and indirect roughness measurement methods showed a high correlation with 1D-PSD in the wavelength region longer than 200㎛, but the correlation decrease sharply in the wavelength region below 200㎛. In is confirmed that the indirect roughness measurement methods can be compared with roughness of long wavelength region each samples, but it is difficult to apply to roughness measurement of short wavelength region below 200㎛. The change in surface roughness of paper according to beating time and mixing ratio of softwood & hardwood can be explained from average 1D-PSD each wavelength region. As beating time of softwood and hardwood fiber increases, generates fine particles and fiber cutting. This change can be confirmed by the changes of 1D-PSD of 1,000㎛ or more and 1D-PSD of 10∼100㎛ wavelength region. In the digital printing of P&W paper, the print quality was evaluated through color reproducibility measured by color density and mean gloss. The color density and mean gloss of the printed paper were highly correlated with the surface roughness of 200 to 1,000㎛ wavelength region. On the other hand, the surface roughness from air-leak showed a relatively low correlation with print quality, and the surface roughness from optical image showed a high correlation with color density, but lowly correlated with mean gloss. From these results, it can be concluded that 1D-PSD calculated from the roughness profile obtained by the contact measurement method using the probe is suitable for measuring the surface roughness of the paper. Especially, it is considered that the surface characteristics of paper can be analyzed from various viewpoints by applying the surface roughness separated by the wavelength region to the paper having different sizes of the particles constituting the surface(fibers, fines, inorganic particles, and coating materials).

방선균 추출물로부터 벼의 흰잎마름병 원인 균주인 Xanthomonas oryzae 의 바이오 필름 형성 억제 물질의 탐색

함영석 국민대학교 대학원 2014 국내석사

Abstract Screening inhibitory compounds for the biofilm formation of Xanthomonas oryzae from Streptomycetes By Youngseok Ham Department of Forest Products and Biotechnology Graduate School, Kookmin University Seoul, Korea In this study, inhibitory compounds from Streptomycetes on biofilm formation of Xanthomonas oryzae pv. oryzae KACC10331 were separated. X. oryzae is Gram-negative bacterium which causes bacterial blight. They interrupt nutrient movement by forming biofilm on the vascular of rice. Bacterial blight of rice causes the most economic loss around the world including Korea. The suppression of biofilm formation will relieve the symptoms of bacterial blight and restore the harvest yield of rice. Streptomyces spp. are soil bacteria and produce various secondary metabolites. Total 38,880 samples of Streptomyces sp. extracts from the Extract Collection of Useful Microorganism in Myongji University were used as a chemical library. Finally, 6 samples that suppress the biofilm formation of X. oryzae were selected by a high throughput screening method. Among the selected 6 samples, two samples, 0320GM and 4359GM, were separated further and B2-M-4 and BMM-6 fractions which inhibited the biofilm formation of X. oryzae were obtained, respectively. Both 0320GM and 4359GM were methanol extracts of Streptomyces sp. MJM320 and Streptomyces prasinus MJM4359, respectively. Although two separated fractions were from completely different strains, B2-M-4 and BMM-6 were separated with a similar method and they had two chemicals which exist in both B2-M-4 and BMM-6 with the exact same molecular weight. In addition, we were able to infer the structure of monoacyl glyceride among a fraction of Streptomyces sp. MJM320. These monoacyl glyceride inhibited the formation of biofilm. Monomyristin was identified as a new biofilm inhibitors in this study. Through these results, extracts of the Streptomyces sp. are effective inhibitors for the biofilm formation of X. oryzae. Some Streptomyces spp. share common inhibitory materials for biofilm formation, even they are different species. Therefore we propose that Streptomyces extracts are candidates for microbial agent in preventing bacterial blight caused by X. oryzae. 국문요약 방선균 추출물로부터 벼의 흰잎마름병 원인 균주인 Xanthomonas oryzae의 바이오 필름 형성 억제 물질의 탐색 함영석 국민대학교 삼림과학대학 임산생명공학과 본 연구에서는 방선균 추출물로부터 벼의 흰잎마름병(bacterial blight)을 유발하는 Xanthomonas oryzae pv. oryzae KACC10331의 바이오 필름 형성을 억제하는 물질을 찾고자 하였다. Xanthomonas oryzae pv. oryzae KACC10331은 그람 음성균으로 벼의 도관에 바이오 필름을 형성하여 영양분의 이동을 저해하는 식물성 병원균이다. 흰잎마름병은 우리나라를 포함한 아시아, 아프리카 등 전 세계의 벼 경작지에서 발생하며, 경제적으로 가장 큰 피해를 주는 질병이다. 이를 방제하기 위한 방법으로 병원성 유전자 탐색, 약제 처리 등 다양한 연구가 이루어져 왔으나 효과적인 방제제가 없는 상태이다. 방선균은 산업적으로 매우 중요한 다양한 2차 대사산물을 생산하는 토양 미생물이다. 이에 명지대학교 희귀유용미생물추출물은행에서 38,880개의 방선균 추출물을 분양 받아 screening을 통해 최종적으로 X. oryzae의 바이오 필름 형성을 억제하는 6개의 시료를 선별하였다. 6개의 선별 시료 중에서 Streptomyces sp. MJM320(0320GM)과 Streptomyces prasinus MJM4359(4359GM)을 이용하여 추가적인 바이오 필름형성 억제물질의 분리를 위한 실험을 수행하였다. 시료의 메탄올 추출물을 분리, 정제하여 X. oryzae의 바이오 필름 형성을 억제하는 B2-M-4와 BMM-6 두 화합물을 확보하였다. 이 두 화합물은 방선균 메탄올 추출물의 부탄올 분획층에서 확보한 화합물로 분리, 정제 과정이 유사하였으며, 질량분석기에 의한 화합물 분석 결과 두 개의 동일한 분자량의 물질이 공통적으로 존재함을 확인할 수 있었다. 또한 Streptomyces sp. MJM320의 분획물의 분석을 통해 monoacyl glyceride의 구조를 유추할 수 있었다. 다양한 monoacyl glycerides 를 이용한 실험에서 특정한 monoacyl glyceride 가 바이오 필름의 형성을 억제하는 것을 확인하였으며, 이 중 monomyristin은 기존에 보고된 바 없는 새로운 바이오 필름 억제제로 확인되었다. 이러한 결과들을 통해 방선균 추출물이 X. oryzae의 바이오 필름 형성을 억제하는 효과가 있다는 것을 확인하였으며, 서로 다른 방선균임에도 유사한 분리, 정제 과정을 통해 바이오 필름의 형성을 억제하는 화합물을 얻을 수 있다는 것은 동일한 X. oryzae의 바이오 필름 형성 억제 물질이 다양한 방선균에 존재한다는 것을 의미한다.

내첨용 나노사이즈 탄산칼슘이 종이의 물리적 특성에 미치는 영향

박정윤 국민대학교 대학원 2014 국내석사

In the papermaking industry, fillers are widely used for purposes of improving the opacity, brightness, printability, uniformity, and dimensional stability. They are also useful to reduce costs and provide energy savings. However, there exists a limitation that increases the amount of filler loading because the excessive loading can have a bad influence on the paper properties. From old times, fillers in the papermaking industry have focused on micro-scale but recently, there is a trend that nanotechnology is applied to the industry of papermaking. Even though the nanopartiles are rapidly utilized to improve the optical properties in the field of surface sizing and coating, it is hard to take advantage of nanotechnology in wet-end part due to its poor dispersability and retention. For these reasons, there are slight studies which are supposed to make use of nano-particled calcium carbonate in the part of wet-end. Therefore, in this study, as a novel filler, the applicability of nano-particled calcium carbonate is evaluated and conclusions are as in the following. Fillers can be shown in the fiber network in three different ways; filling, inlay, and expansion. Micro sized sPCC was mainly located in the form of 'filling' while nano sized nPCC was in the form of 'expansion.' In order to load the nPCC properly, microparticle system was utilized. Moreover, for optimum condition selection, properties of retention, drainage, and formation have been set by a comprehensive analysis. As nPCC was loaded in the form of 'expansion', the bulk property of paper increased. However, strength property decreased because the 'expansion' form made the fiber network bulky and interrupted the hydrogen bonding between fibers. On the other hand, the optical properties showed superior features in nPCC. To overcome the negative effects of nPCC on papers, fines-nPCC composite was invented. Low molecular weight and high charge density cationic polyacrylamide was used as a flocculant. Ratio of retention in fines-nPCC composite was higher than nPCC, while bulk property of paper decreased slightly because of the characteristics of fines-nPCC composite in the fiber network. It tends to act like fines. Nevertheless, strength property increased through loading fines-nPCC composite. By loading fines-nPCC, the optical properties also had a similar level with nPCC. Fines-nPCC maintained bulk property and increased strength and optical properties in comparison with sPCC. In this study, the applicability of nano-particled calcium carbonate was confirmed as a novel filler. Loading behavior, retention, and the effect on paper properties of nano-particled calcium carbonate were significantly different from micro-scale. In addition, fines-nPCC composite which is for overcoming the negative effects of nano-particled calcium carbonate showed positive results. 제지산업에서 충전제는 생산원가 저감, 에너지 절감, 불투명도, 백색도 및 인쇄적성 개선, 지합, 치수안정성 등 종이의 품질을 향상시키기 위한 목적으로 널리 사용되고 있다. 그러나 과도한 충전은 종이의 강도적 성질에 악영향을 미치기 때문에 충전제의 무한한 첨가에는 한계가 있다. 이에 충전제의 증량과 함께 강도적 특성을 개선시키기 위한 다양한 연구들이 진행 중이며, 충전제를 활용하는 다양한 방법들이 제시되었다. 과거부터 제지산업에서 널리 사용되고 있는 충전제는 마이크로 단위의 크기였으나 오늘날에는 나노기술이 제지산업에 접목되며 나노사이즈 탄산칼슘에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 하지만 제지산업에서도 코팅, 표면사이징 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있으나 보류시스템에 충전제로서 나노기술을 접목하는데 있어 많은 시행착오를 겪고 있다. 이러한 이유 때문에 현재 내첨용 나노사이즈 탄산칼슘을 적용하고자 하는 연구는 미미한 실정이다. 이에 본 연구에서는 나노사이즈 탄산칼슘이 충전제로서의 적용 가능성을 파악하고자 하였다. 섬유결합 구조 내 충전물의 보류 특성을 분석한 결과 filling, inlay, expansion의 세 가지 형태 중 sPCC(scalenohedral precipitated calcium carbonate)는 filling 형태를 주로 나타냈으며 nPCC(nano-particled calcium carbonate)는 expasion의 형태를 주로 나타냈다. nPCC가 종이의 물리적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 PAM-bentonite 보류조건을 사용하는 마이크로파티클 시스템을 적용하였으며 보류, 탈수, 지합을 종합적으로 분석하여 최적 보류 조건을 설정하였다. nPCC가 섬유결합 구조 내에 expansion의 형태로 충전되면서 종이의 벌크와 광학적 특성은 향상되었으나 섬유간 수소결합을 방해하여 강도적 특성은 감소하였다. nPCC가 종이의 물리적 특성에 부정적으로 영향하는 기작을 개선해 보고자 미세섬유-나노사이즈 탄산칼슘 복합체를 제조하였으며 응집제로는 저분자량-고전하 밀도조건의 양이온성 고분자전해질을 접목하였다. 이에 미세섬유-나노사이즈 탄산칼슘 복합체의 보류율은 nPCC보다 높게 나타난 반면 미립의 나노사이즈 탄산칼슘의 특성보다 미세섬유의 특성이 강하게 나타나 종이의 벌크 특성이 다소 감소되었다. 그러나 미세섬유에 흡착된 나노사이즈 탄산칼슘이 섬유간 수소결합을 방해하지 않아 인장강도가 증가된 결과를 나타냈으며 광학적 특성은 유사한 수준을 나타냈다. 또한 동일한 회분함량에서 sPCC와 비교했을 때 미세섬유-나노사이즈 탄산칼슘 복합체를 적용하면 종이의 벌크 특성은 유지되면서 강도 및 광학적 특성은 개선되었다. 따라서 본 연구에서는 새로운 충전제로서 나노사이즈 탄산칼슘의 적용 가능성을 확인하였다. 충전물의 충전 거동, 보류율 물리적 특성에 미치는 영향 등이 마이크로사이즈의 탄산칼슘과 상이하게 나타났으며 나노사이즈 탄산칼슘의 단점을 보완하기 위한 복합체 적용 또한 긍정적인 결과를 나타냈다. 이와 같은 기초 연구를 토대로 충전제로서 나노사이즈 탄산칼슘의 효과적인 이용에 대한 연구가 수행된다면 나노사이즈 탄산칼슘이 새로운 충전제로서 보류시스템에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

생분해성 고분자 블렌드를 적용한 포장용지의 차단 특성에 관한 연구

임동건 국민대학교 일반대학원 2022 국내석사

In recent years, there has been an increasing demand for paper with excellent recyclability and biodegradability as an eco-friendly packaging material. Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), a biodegradable polymer, has been studied as a substitute for petroleum-based polymers used for surface processing to improve barrier properties of paper. However, PHB has high production cost and insufficient physical properties compared to conventional polymers, and in order to improve this, various studies on the preparation of polymer blends through mixing PHB with other polymers and the preparation of nanocomposites using nano-sized fillers have been performed. In this study, ethyl cellulose (EC), which is a cellulose derivative, was used to produce a polymer blend for improving the properties of PHB, and the prepared PHB/EC blend was applied as a paper coating agent to evaluate the properties of the coated paper according to the mixing ratio of the two polymers. In addition, nanoclay was added as a filler for the PHB/EC blends coating agent, and the effect of the filling content of nanoclay on the changes in the properties of the coated paper was confirmed. The PHB/EC blend showed a physically mixed form, and as the ratio of EC increased, the thermal stability of PHB was lowered, but the crystallinity also decreased, thereby reducing the volumetric shrinkage occurring during the curing process. In particular, when the PHB/EC blend prepared at a mixing ratio of 50:50 was coated on paper, a continuous coating layer with a reduced pore size was formed, showing the best barrier properties. The PHB/EC blends showed excellent compatibility with the base paper compared to PHB, and the tensile strength of the PHB/EC blend coated paper improved as the proportion of EC increased, but the change in elongation was insignificant. Since the properties of the base paper itself are largely due to the physical properties of the coated paper, the higher the smoothness and density of the base paper, and the higher the coat weight of the coated paper, the better the coverage and the physical properties of the coated paper. The organically treated nanoclay has improved compatibility with the PHB/EC blend and exhibits uniform dispersibility within the coating layer, thereby improving the barrier properties of the coated paper, and the mechanical properties of the PHB/EC blend coated paper with nanoclay showed ductile behavior, tending to decrease tensile strength and increase elongation. When the nanoclay was highly filled up to 25%, aggregation between nanoclay particles occurred, the improvement of the barrier properties were slowed down, and the elongation rate decreased. Based on these results, it was confirmed that when PHB is applied as a coating agent for paper, EC mixing is effective in improving the barrier properties required for packaging paper, and it was judged that the application of nanoclay as a filler for the PHB/EC blend would contribute to further improvement of the barrier properties and securing economic feasibility in the manufacture of packaging paper. 최근 친환경 포장재로써 재활용성과 생분해성이 우수한 종이에 대한 수요가 증가하고 있으며, 종이에 차단(barrier) 특성을 부여하기 위해 표면 가공에 사용되는 난분해성 석유계 고분자의 대체재로 생분해성 고분자인 poly(3-hydroxybutyrate) (PHB)의 적용이 검토되고 있다. 그러나 기존의 범용 고분자 대비 높은 생산 비용과 부족한 물성으로 인해 상용화에 어려움이 따르며, 이를 개선하기 위해 다른 고분자와의 혼합을 통한 고분자 블렌드(polymer blend) 제조와 나노 크기의 충전제를 활용한 나노 복합체 제조에 관한 연구들이 진행 중이다. 본 연구에서는 PHB의 물성 향상을 위한 고분자 블렌드 제조에 셀룰로오스 유도체인 ethyl cellulose (EC)를 사용하였으며, 제조된 PHB/EC 블렌드를 종이의 코팅제로 적용하여 두 고분자의 혼합 비율에 따른 코팅지의 특성을 평가하였다. 또한 PHB/EC 블렌드 코팅제의 충전제로써 nanoclay를 첨가하여 nanoclay의 충전 함량이 코팅지의 물성 변화에 미치는 영향을 확인하였다. PHB/EC 블렌드는 물리적으로 혼합된 형태를 보이며 EC의 비율이 증가함에 따라 PHB의 열안정성은 다소 낮아졌으나 결정화도 또한 감소하여 경화 과정에서 발생하는 체적 수축이 감소하였다. 특히 50:50의 혼합 비율로 제조된 PHB/EC 블렌드를 종이에 코팅할 시 PHB 보다 공극의 크기가 감소 된 연속적인 코팅층을 형성하여 가장 우수한 차단 특성을 나타냈다. PHB/EC 블렌드는 PHB와 비교 시 원지와 우수한 상용성을 보였으며 기계적 특성의 경우 EC의 비율이 증가함에 따라 인장강도가 향상되었으나 신장률의 변화는 미미하였다. 이와 같이 코팅지의 물성은 원지 자체의 특성이 크게 기인하며 원지의 평활도와 밀도가 높고 코팅 평량이 높을수록 우수한 커버리지를 나타내며 큰 폭으로 향상되었다. 유기화 처리에 의해 PHB/EC 블렌드와의 상용성이 개선된 nanoclay는 코팅층 내에서 균일한 분산성을 보였다. 이에 따라 코팅지의 차단 특성이 향상되었으며, 기계적 특성은 연성 거동을 나타내 인장강도는 감소하고 신장률은 증가하는 경향을 보였다. Nanoclay를 25% 수준으로 고충전 될 시에는 nanoclay 입자 간 응집이 발생하여 차단 특성의 향상이 둔화되고 신장률이 감소하는 결과를 나타냈다. 이러한 결과들을 토대로 종이의 코팅제로 PHB를 적용할 경우 EC의 혼합이 포장용지로써 요구되는 차단 특성의 향상에 효과적임을 확인하였으며, PHB/EC 블렌드의 충전제로써 nanoclay를 적용했을 때 포장용지 제조 시 추가적인 물성 향상과 경제성 확보에 기여할 것으로 판단하였다.

Studies on the biodegradable Wet-laid nonwoven fabrication using bio-based cellulosic materials

릴리멜라니 국민대학교 일반대학원 2020 국내박사

Nonwoven products are dominated by man-made fiber made from synthetic, natural, and inorganic materials. In this study, the possibilities of using cellulose fibers to produce nonwoven with existing papermaking technology were investigated. First, the effect of wood pulp and the Lyocell blend ratio was investigated based on the properties of fabricated nonwoven. Thus, the addition of chemical additives was introduced to impart the strength and surface softness properties. Finally, the process parameter based on the chemical additives has been optimized to achieve the desired strength properties and surface softness of wet-laid nonwoven. The result indicated that the properties of strength and surface softness of wet-laid nonwoven were enhanced by the contribution of entanglement between wood pulp/Lyocell. Among of the three pulps; softwood bleached kraft pulp (SwBKP), hardwood bleached kraft pulp (HwBKP), and dissolving pulp (DP); SwBKP was superior to both HwBKP and DP on account of its higher properties of density and tensile strength, which were increased by refining treatments. HwBKP showed lower MAD value (mean deviation from the average surface friction) in the states of unrefined pulp, however, the value increased sharply as the progressive refining applied. Chemical additives, i.e., dry-, wet strength agent, and Expancel® microsphere and softening agent were introduced to impart the functionality of wet-laid nonwovens. Dry strength agent imparted the dry tensile strength, while wet strength agents improved both dry and wet tensile strength of wet-laid nonwoven. Both the dry and wet strength agents did not affect to surface softness component. Meanwhile, the softening agent improved the surface softness while tensile strength became lower owing to the debonding of fiber. Also, the application of EM showed a significant effect on tensile strength and surface softness. Response surface methodology (RSM) with Box-Behnken Design (BBD) matrix was used to optimize the chemical additives combination. Results showed that the wet strength agent had the most significant effect on tensile strength while the softening agent had the most significant effect on MAD value as surface softness improved. Based on the optimization analysis, softening agent 0.4%, wet strength agent 1.01%, and Expancel® microsphere 3.0% were found to be feasible to obtain the wet-laid nonwoven having good strength and smooth surface with predicted tensile strength and MAD value were 7.07 MPa and 0.0222, respectively. The verification experiment had been conducted and the results were suitable with those predicted models with tensile strength and MAD value were 7.03 MPa and 0.0232, respectively with the R^2 ~ 0.95. Overall the study suggested that cellulose wood pulp and Lyocell showed the possibilities as the raw material for nonwoven, which offering good strength and sufficient surface softness. Optimize the parameter process may improve work efficiency and reduce time consumption. To the end, wood pulp/Lyocell wet-laid nonwoven may be applied as eco-friendly material which competitive and marketable for hygiene products, thus could reduce environmental matters.