한국자원리싸이클링학회 2005년도 추계정기총회 및 제26회 학술발표대회 고분자리싸이클링기술 특별심포지엄
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pp.360-367
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2005
PMMA는 우수한 물성으로 인하여 각종 소재 및 건축자재로 널리 활용되고있다. PMMA는 열 분해시 모노머 단위가 일정하게 이탈하는 unzip reaction을 나타내어 모노머로의 회수가 용이한 특징을 가지고있다. PMMA를 열분해하여 MMA를 회수하기 위한 기초연구로써 본 연구에서 TGA를 이용한 열분해특성을 조사하였다.
최근 친환경 재료에 대한 국민들의 관심이 높아지면서 실내사용목재의 이용도 증가하고 있다. 본 연구는 실내사용 목재의 내화성 부여를 위한 기초자료로 활용될 수 있는 열특성 분석에 그 목적이 있다. 열방출률과 열방출량, 가스발생량, 중량감소 등의 연소성질을 열중량 분석(TGA) 및 콘칼로리미터(KS F ISO 5660-1)의 방법으로 분석하였다. 분석결과 목재의 재질적 특성은 연소적 특성으로 발현되었으며, 열적성질과 연소가스 발생량과의 관계는 상관관계가 높게 나타났다. 탄화층 형성에 의한 연소억제 효과도 수종에 따라 현저한 차이를 보였다. 총열방출량과 중량감소량은 상관관계가 높게 나타났다. 점화시간과 총열방출량 등의 자료는 목재의 내화성능부여 등의 기초 자료로서 매우 중요하리라 판단되었다.
본 연구에서는 건축물 내장재 가운데 바닥재의 화재특성을 평가하기 위하여 목재, 모노륨, 장판지, 니스코팅 된 장판지 등 4종의 바닥재를 대상으로 콘칼로리미터, 발화온도시험기, 열중량분석기, 한계산소지수시험기 등을 이용하여 착화성, 발열특성, 난연성과 같은 연소특성을 분석하였다. 모노륨은 발화온도가 $325^{\circ}C$로 가장 낮았으며, 장판지와 니스코팅 된 장판지는 비교적 빠른 시간인 7초 이전에 착화가 시작되었다. 총열방출량은 목재가 $100MJ/m^2$로 가장 높게 나타났지만 최대열방출율은 니스코팅된 장판지가 가장 높은 것으로 나타났다. 열중량분석 결과, 모든 바닥재들이 $300{\sim}400^{\circ}C$ 온도구간에서 급격한 중량감소를 보였으며, 한계산소지수는 장판지와 니스코팅 된 장판지가 20~21% 정도이고 목재는 34%로 나타났다. 본 연구결과를 살펴보면, 모노륨, 장판지, 니스코팅 된 장판지는 착화가 빠르고 연소가 용이한 반면, 발열량은 낮은 것을 알 수 있었으며, 목재는 비교적 착화위험성이 낮고 난연성은 좋지만 발열량이 높은 것으로 나타났다.
$Ni^{2+}-Faujasite$의 열화학적 안정성을 시차열분석(DTA), 열중량분석(TGA), X선 회절분석(XRD) 및 양자화학적 계산을 통해 고찰하였다. $Ni^{2+}-Faujasite$의 탈수현상은 373-773 K의 온도 구간에서 나타났다. 골격내 T자리를 표현하는 분자모델을 설정하여 전체 에너지와 Wiberg 결합차수를 CNDO/2 분자궤도법을 통해 계산하였다. 계산된 결과는 제올라이트의 결정성 감소가 골격내 Al-O결합의 약화에 직접적으로 연관되어 있음을 나타내었다.
시멘트제조 공정에 사용하는 유연탄 분진의 폭발특성을 조사하기 위하여 시료의 열적특성과 폭발 실험을 수행하였다. 열적특성은 열중량 분석기(TGA)와 시차주사 열량계(DSC)을 이용하여 온도에 따른 무게 감량과 발열량을 측정하였다. 또 입도별 발화온도와 비표면적을 합께 조사하였다. 하트만식 폭발실험 장치를 직접 제작하여 분진의 농도를 변화시켜가며 분진폭발 실험을 수행하였다. TGA, DSC 및 발화온도 분석결과 실험범위의 입도에 따른 열적 특성은 큰 변화가 없었지만, 비표면적은 입도가 작을수록 큰 것을 확인하였다. 폭발실험에서 폭발확률은 입도가 감소하고 농도가 증가할수록 증가하는 경향이 있었으며, 입도별 최저 폭발하한계 농도를 함께 구하였다. 시멘트 제조공정에 표준적으로 사용하는170/200mesh에서 최저 하한계 농도는 $0.3mg/cm^3$이었으며 $0.9mg/cm^3$이상에서는 100% 확률로 폭발이 발생하였다.
본 논문에서는 석탄 부산물인 경석을 잔골재로 사용하여 제작한 콘크리트의 강도 및 물성 실험 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 석탄 부산물 골재 함유량과 플라이애시 함유량을 실험변수로 고려하였다. 천연 잔골재의 50 %와 100 %(부피 기준)를 석탄 부산물로 치환하였고 물-바인더 비는 0.38로 고정하였다. 또한, 일부 배합은 OPC 바인더의 30 %를 플라이애시로 치환하여 콘크리트 시편을 제작하였다. 단위질량, 압축강도, 쪼갬인장강도 및 휨인장강도를 실험을 진행하고 실험결과 분석을 수행하였다. 플라이애시 바인더가 함유되고 천연 잔골재 대비 석탄 부산물 골재의 치환율이 증가할수록 콘크리트 단위질량, 압축강도, 쪼갬인장강도 및 휨인장강도는 감소하였다. 또한, 미세구조 실험인 TGA와 SEM 실험을 진행하여 구간별 열중량분석과 ITZ를 분석하였다.
본 논문에서는 역청탄인 Glencore 탄을 염산과 질산수용액을 이용하여 산 처리하고 원탄과 산 처리 된 석탄의 물리, 화학적 비교분석과 직접탄소 이용 연료전지(Direct Carbon Fuel Cell, DCFC)의 성능 비교 분석을 수행하였다. 석탄의 물성들을 분석하기 위해 열중량 분석과 가스 흡착법, X선 광전자 분광법을 수행하였다. 열중량 분석을 통해 연료의 열적 반응성이 증가하였음을 알 수 있었고, 가스 흡착법 결과로 기공의 평균지름은 변화가 없었지만 표면적은 감소함을 알 수 있었다. X선 광전자 분광법에서는 $HNO_3$ 처리의 경우 가장 높은 산소/탄소 비율을 보였고, 이를 통해 다양한 표면 산소작용기가 증가한 것을 확인하였다. 연료의 표면 물성과 전기화학 성능을 비교한 결과, 표면의 산소 성분의 변화가 DCFC의 성능 향상에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.
기능성 오일 (citronella oil)을 함유하는 폴리우레탄 마이크로 캡슐을 계면중합을 이용하여 tolulene 2,4-diisocyanate (TDI)와 ethylene glycol (EG)로부터 제조하였으며 제조된 마이크로캡슐을 적외선분광분석, 자외선분광분석, 입도분석기, 열중량측정기, 주사전자현미경을 이용하여 분석하였다. 마이크로캡슐의 제조시 이용된 분산제의 농도 및 교반속도와 같은 변수가 제조된 마이크로캡슐의 입자크기 및 분포에 미치는 영향을 조사하였다. 또한, 적외선분광분석을 통해 citronella 오일이 성공적으로 캡슐화되었음을 알 수 있었고 열중량측정으로 마이크로캡슐은 약 $220^{\circ}C$ 정도까지 안정함을 알 수 있었다. 마이크로캡슐을 메탄올 용매에 넣어 캡슐 속의 citronella 오일의 방출거동을 자외선분광분석을 통해 조사하였다. Citronella 오일의 방출양은 캡슐 제조 시 적용된 교반속도 및 분산제의 농도를 증가시킴에 따라 증가하였다. Citronella 오일을 함유하는 마이크로캡슐은 우수한 방충효과를 나타내었다.
본 연구는 산업단지의 화학제품제조업 및 석유화학제품제조업에서 발생하는 유기성슬러지에 대하여 삼성분, 원소조성, 발열량, 열중량 분석 및 연소시험을 실시하였다. 삼성분 분석 결과 "화합물 및 화학제품 제조업"의 평균값은 수분함량 75.11, 가연분 17.42, 불연분 7.45%로 나타났으며, "코크스, 석유 정제품 및 핵연료 제조업"의 경우 평균값은 수분함량 77.54, 가연분 18.25, 불연분 4.22%로 나타났다. 원소분석 결과 평균값은 "화합물 및 화학제품 제조업"의 경우 C 33.06, H 4.34, O 24.81, N 5.18, S 0.72wt%로 나타났으며, "코크스, 석유 정제품 및 핵연료 제조업"의 경우 C 36.58, H 4.74, O 26.79, N 5.09, S 0.49wt%로 나타났다. 열중량분석 결과, B사에서 배출되는 슬러지는 $700^{\circ}C$ 이상에서 그리고 F와 N사에서 배출되는 슬러지는 $600^{\circ}C$ 정도의 온도에서도 연소가 가능할 것으로 판단된다. 연소테스트 결과, 산화반응과 동시에 열분해 반응으로 고농도의 일산화탄소가 배출되므로 이로 인한 로의 국부과열이나 파손현상에 대한 기초자료를 얻는데 이용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 화학공장에서 원료 및 제품으로 사용되는 Butadiene popcorn polymer에 자연발화가 일어날 수 있는지를 평가하기 위하여 성분분석, 열중량분석, 열안정성분석, 자연발화점 측정 및 가속속도열량측정분석을 실시하였다. 분석결과 성분분석에서는 다양한 종류의 가연성 성분이 측정되었고, 열중량 분석을 통해 공기중에서 95.6%, 질소중에서 89.2%의 중량감소가 측정되었다. 열안정성분석 결과, 공기분위기에서 $88^{\circ}C$에서 발열이 시작되었으며, 자연발화점 부근($220^{\circ}C$)에서는 발열속도가 급격히 증가하였다. 질소분위기에서 $70^{\circ}C$ 부근에서 발열이 시작되었으며, $450^{\circ}C$까지 두 단계의 분리된 발열 Peak값이 관측되었다. 가속속도열량측정결과 발열현상은 나타나지 않았으며, 자연발화점을 분석한 결과 최저발화온도는 $211.7^{\circ}C$ 였다. 열안정성 평가에서 산출된 결과를 토대로 반응열에 의한 Column의 열적변형을 유발시킬 수 있는 가능성은 충분한 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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