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Nature-inspired surface/interface modifications and its applications using catechol/gallol derivatives and amine polymers = 카테콜/갈롤 유도체와 아민 고분자를 이용한 자연모사 표면/계면 개질 및 이의 응용
서명 / 저자 Nature-inspired surface/interface modifications and its applications using catechol/gallol derivatives and amine polymers = 카테콜/갈롤 유도체와 아민 고분자를 이용한 자연모사 표면/계면 개질 및 이의 응용 / Younseon Wang.
저자명 Wang, Younseon ; 왕윤선
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2018].
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초록정보

Catecholamine chemistry is easily found in daily life, such as fruit browning and coffee ringing. Mussel’s adhesion is a representative example using catecholamine chemistry in nature. Mussel can strongly adhere on a variety of surfaces regardless of different properties. Inspired by mussel’s adhesion, polydopamine coating was developed as a material-independent coating and has been applied in various field from biomedicals to energy since 2007. Other than mussel’s adhesion, new adhesive materials on the surface and interface inspired by catechol/gallol-amine chemistry in nature will be introduced in this Ph.D. dissertation. The first chapter will introduce representative examples of catechol/gallol-amine chemistry in nature, material-independent coatings based on catechol/gallol chemistry, and catechol-conjugated adhesive materials. In the second chapter, we will focus on the importance of cation-$\pi$ interaction on polydopamine formation and the application as superhydrophilic coating using it. The understanding of the mechanism of polydodamine formation is important as a clue to understand the formation process of melanin. The third chapter will deal with a self-healing film mimicking catechol /gallol-amine chemistry at the liquid/air interface found in insect wound healing and fruit browning processes. The self-healing interfacial film based on catechol/gallol-amine chemistry does not require external stimuli or catalyst and exhibits high healing efficiency. In Chapter 4, we will discuss air-curable superglue via hybrid with silica nanoparticles. Silica nanoparticles enhance the adhesion by providing air and the cohesion by the entanglement with polymers. The waterborne gallol amine adhesive exhibits strong adhesiveness without volatile organic compounds. The fifth chapter will discuss lignin-inspired gallol amine hardener for cellulose paper and its application as 3D printing materials. Gallol amine solution can bind to the cellulose fibers and enhance the physical strength as well as the resistance against water and fire via the polymerization, which can be used as 3D printing materials for LOM type.

카테콜아민은 자연계에서 다양한 형태로 존재하며, 멜라닌 형성, 홍합의 수중 접착, 곤충 큐티클 형성 및 상처 치유 과정에서 중요한 역할을 한다. 카테콜아민 화학은 과일의 갈변 현상, 커피링 현상 등과 같이 실생활에서도 밀접하게 찾아볼 수 있다. 홍합의 접착 단백질을 구성하는 아미노산인 도파(DOOPA)의 카테콜과 리신 (Lysine)의 아민이 상호작용하여, 수중에서 다양한 표면에 강한 접착을 보인다. 홍합의 수중 접착 기작을 모방하여 카테콜과 아민작용기를 가지는 도파민을 이용한 폴리도파민 코팅 방법이 연구되었다. 폴리도파민 코팅은 최초로 재료의 특성과 모양에 관계없이 다양한 표면을 개질할 수 있는 방법으로 지난 10년간 의료용 소재부터 에너지 소재까지 다양한 분야에 응용되었다. 본 박사학위 논문에서는 자연계의 카테콜/갈롤 아민 화학을 모방하여 표면 및 계면에서의 접착물질로서 응용한 연구들을 제시하고자 한다. 첫번째 장에서는 자연계에 존재하는 카테콜/갈롤 아민 화학의 다양한 예를 소개하고, 카테콜/갈롤을 이용한 표면 개질 방법과 카테콜 기반 접착 물질에 대해 소개하고자 한다. 두번째 장에서는 폴리도파민 형성에서 cation-$\pi$ 결합을 통한 폴리도파민의 조립 기작과 이를 활용한 초친수코팅에 대한 연구를 다루고자 한다. 폴리도파민은 생체 내의 색소로 작용하는 멜라닌과 유사하여 합성 멜라닌이라 불리며, 본 연구는 멜라닌의 형성 과정을 이해하기 위한 실마리로서 중요한 의의를 가진다. 세번째 장에서는 곤충의 상처치유과정과 과일의 갈변현상을 모방하여 액체/기체 계면에서 작용하는 카테콜/갈롤 아민화학을 이용한 자가치유 필름에 대해 다루고자 한다. 본 자가치유 필름은 손상 부위가 공기 중의 산소에 의해 활성화되어 빠르게 재 형성되고, 높은 치유 효율을 보여 기존의 자가치유 물질이 갖는 한계를 극복하였다는 점에서 의의가 있다. 네번째 장에서는 실리카 나노 입자의 혼합을 통해 갈롤 아민 화학을 촉진시켜 공기에 의해 경화되는 초강력 접착 물질에 대해 다루고자 한다. 갈롤 아민 접착제는 수계 접착제로서 유해한 휘발성유기화합물을 방출하지 않고, 경화 후 비수용성화 되어서 기존의 수계접착제의 한계를 보완하였다. 또한, 실리카 나노 응집체를 혼합하여 산소를 공급하고 접착력을 높여 사람의 무게를 견딜 수 있는 유해성 없는 초강력 접착제로서의 활용 가능성을 보여주었다. 다섯번째 장에서는 나무에 존재하는 리그닌을 모방하여 갈롤 아민 용액을 셀룰로오스 소재에 적용함으로서, 3D 프린팅으로 응용한 연구에 대해 다루고자 한다. 갈롤 아민 용액은 셀룰로오스 섬유를 결합시켜 물성을 향상시키며, 물과 불에 대한 저항성 또한 향상되기 때문에 3D 프린팅 소재로서의 활용을 기대해 볼 수 있다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 18032
형태사항 xii, 92 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 왕윤선
지도교수의 영문표기 : Haeshin Lee
지도교수의 한글표기 : 이해신
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 References : p. 80-87
주제 catecholamine
polydopamine
gallol
adhesive
surface coating
lignin
3D printing
카테콜아민
폴리도파민
갈롤
접착제
표면코팅
리그닌
3D 프린팅
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