팽윤성 점토의 전단강도 및 유변학적 특성은 점토입자의 크기, 양이온 교환능력, 점토광물학적 조성과 형상 등에 영향을 받는다. 본 연구는 고운 분말가루의 와이오밍(Wyoming) 벤토나이트에 대해 염화나트륨 0g/L 와 30g/L 농도로 24시간 수화시킨 후 염분농도에 따른 물성-강도특성 및 유변학적 특성변화를 살펴봄으로써, 유변학적 특성, 유변화적 모델들의 적용성 및 흙 입자의 구조변화에 따른 항복응력-점도와의 상관관계를 설명하고자 한다. 실험결과에 따르면, 팽윤성 점토는 전단담화(shear thinning)와 항복응력과 소성점도로 표현가능한 Bingham 유체 거동을 보이는 것으로 조사되었다. 염분농도가 낮고 함수비가 높아질수록 벤토나이트는 완전소성거동에 가깝게 나타나며, 전단변형률속도에 따른 변화의 폭이 미미한 것으로 조사되었다. 반면, 염분농도가 높아질수록 전형적인 전단담화거동을 보이며, 전단변형률속도를 증가시킬수록 염분농도에 따른 벤토나이트의 전단강도의 차이는 커진다. S=0g/L에 대해 Carreau, Herschel-Bulkley 및 멱수법칙 모델이, S=30g/L에 대해서는 이중선형, Herschel-Bulkley 및 멱수법칙 모델 등이 흐름특성을 가장 잘 표현한다. 이것은 염분농도에 따른 흙 입자간 구조적 배열과 형상이 입자간 발생하는 인력인 능-능(EE), 능-면(EF), 및 면-면(FF) 구조를 변화시키고 역학적 특성에 영향을 미치기 때문이다.
폴리아크릴로니트릴(PAN)과 셀룰로오스 아세테이트(CA) 블렌드/디메틸포름아미드(DMF) 용액의 유변학적 특성을 온도와 블렌드 조성비에 대하여 조사하였다. 모든 고분자 용액이 온도 변화에 따라 매우 특징적인 유변학적 거동을 보였다. 8 wt% 용액의 경우 $20{\sim}60^{\circ}C$ 온도범위에서 온도의 증가와 더불어 용액의 점도가 증가하고 손실탄젠트값이 감소하였다. $20^{\circ}C$에서는 용액의 물성이 블렌드의 조성에 영향을 받았으나 40 및 $60^{\circ}C$에서는 조성비가 용액 물성에 미치는 영향이 크게 감소하였다. 더 높은 온도에서의 더 긴 분자 이완시간으로부터 온도가 증가함에 따라 분자간력에 의한 물리적 구조 형성이 촉진된다는 것을 알 수 있었다. 이러한 유변학적 특성에 대한 원인은 묽은 용액의 특성으로부터 유추할 수 있었다. 고분자 용액의 고유점도가 온도가 증가함에 따라 감소하였다.
Nylon-6의 내충격성을 개선하기 위한 개질제로써 에틸렌-프로필렌 고무(EPR)와 에 틸렌-아크릴 에스터-무수말레산 공중합체(EAM)를 첨가한 nylon-6/EPR/EAM 블렌드 시스 템의 유변학적 특성을 24$0^{\circ}C$에서 조사하였다. 개질제중 EAM의 점도는 조성물 가운데 가장 낮음에도 불구하고 첨가량을 증가함에 따라 블렌드의 점도는 증가하였다. 또한 EPR(I)의 점 도가 EPR(II)의 점도보다 낮지만 EAM 함량이 증가함에 따라 nylon-6/EPR(I)/EAM의 점도 는 nylon-6/EPR(II)/EAM의 점도보다 높아지는 현상이 관찰되었다. 이러한 특성을 분산상의 morphology 변화와 전단력하에서 변형이 어려워지기 때문인 것으로 해석하였다.
아역청탄을 이용하여 제조된 CWM(Coal-Water Mixture)연료의 유변학적 특성을 측 정함으로써 음이온 계면활성제 Temol-N, 안정제 Xanthan 및 전해질 등의 첨가제에 대한 성능을 평가하고 최적첨가조성을 결정하였다. 계면확성제의 흡착으로 인해 석탄입자는 음전 하를 띠게 되었고 표면에 전기이중층이 생성되었다. 전기 이중층의 전기적 반발력이 입자의 응집을 막았고 CWA 슬러리의 점도를 감소시켰다. 또한 Xanthan과 NaOH의 첨가로 인해 분산안정성 및 침강안정성이 향상되는 것을 관찰하였다. CWM에서 석탄입자가 차지하는 부 피비를 무게비로 전환하여 표현하고 분산계에서 입자의 부피비에 따른 점도변화를 예측하는 실험식인 Krieger-Dougherty 식과 Frankel-Acrivos 식에 적용하였다. 점도 실험값을 가지 고 식의 변수들을 결정해 본결과 CWM이 나타내는 점도의 석탄함량에 따른 변화를 위 식 들이 비교적 정확시 나타내 주는 것을 확인하였다.
셀룰로오스/N-methyl morpholine N-oxide(NMMO)용액에 있어서 셀룰로오스의 분 자량 및 농도, 그리고 NMMO의 수화도가 유변학적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 12wt%의 경우 NMMO의 수화도가 감소할수록 더 높은 온도에서 lower Newtonian 흐름영 역이 사라졌다. 15wt%에서는 측정된 전단영역에서 lower Newtonian 유동영역의 관찰되지 않았다. 동일한 농도에서 NMMO의 수화도가 감소할수록 점도가 증가하였으나 중량평균중 합도가 940인셀룰로오스/NMMO 용액의 경우 9$0^{\circ}C$에서 점도가 오히려 낮아졌다. 뿐만아니 라 이온도에서 power-law의 급작스런 감소도 나타낫다. NMMO의 수화도가 클수록 제1법 선응력차나 연신점도에 대한 온도의 영향이 증가하였다.
고무중에서 polymer melt와 가장 유사한 유변학적 거동을 보이는 EPDM을 택하여, 가황반응속도를 조사하였으며, 이에 따라 부분적으로 가교도를 달리한 시편의 유변학적 특성을 capillary rheometer를 사용하여 검토하였다. 가교도가 0, 1.5, 3, 6%로 증가함에 따라 die 입구 및 출구에서의 압력 손실은 커지고, melt fracture가 일어나는 전단속도는 낮아지며 특히 die swell은 거의 직선적으로 증가하였다. 본 연구를 통하여 die swell, melt fracture, end effects등의 근원이 고분자 사슬의 탄성변형에 있음을 확인하였으며, 또한 압출, 압연등에서 흔히 관측되는 die swell의 요동이 가공중 발생할 수 있는 가황반응에 기인할 수도 있음을 보여준 것이다.
열잠재성 개시제인 N-benzylpyrazinium hexafluoroantimonate (BPH)를 에폭시 수지에 페놀-노볼락 수지의 혼합비가 각각 0, 5, 10, 20 그리고 40 wt.%로 구성된 혼합물에 1 wt.% 첨가 시킨 후 혼합 조성비에 따른 경화 동력학, 열안정성 그리고 유변학적 특성에 관하여 연구하였다. 열잠재특성은 동적 DSC를 이용하여 반응 온도에 대한 전화량을 구하여 측정하였다. 본 양이온 BPH 시스템은 에폭시-페놀 경화 시스템의 열잠재성 개시제로서 유용하다는 것이 입증되었다. 페놀-노볼락 수지의 농도 증가는 브랜드 시스템의 잠재온도 감소와 경화 활성화 에너지($E_a$) 증가를 나타내었다. 브랜드 시스템의 열안정성과 유변학적 특성은 TGA와 rheometer를 사용한 등온 실험을 통하여 각각 조사하였다. 결과로서, TGA를 이용하여 구한 열안정성과 분해 활성화 에너지($E_t$) 그리고 rheometer에 의한 gel time과 가교 활성화 에너지($E_c$)는 페놀-노볼락 수지가 20~40 wt.% 조성범위에서 혼합될 때 증가하였다. 이는 페놀 수지내의 수산기 그룹, 에폭시 수지내의 에폭사이드환 그리고 BPH간의 3차원 가교 반응에 기인한다.
잠재성 경화제인 N-benzylpyrazinium hexafluoroantimonate(BPH)를 Cycloaliphatic계 에폭시 (CAE)/DGEBA계 에폭시의 혼합물에 1 mol% 첨가 시킨 후 혼합 조성비에 따른 유변학적 특성과 경화 동력학에 대해 연구하였다. 잠재특성은 등온 DSC를 이용하여 각각 $150^{\circ}C$와 $50^{\circ}C$의 반응 온도에 대한시간의 함수로서 전화량을 구하여 측정하였다. 블렌드 시스템의 유변학적 특성은 레오미터를 사용한 등온 실험을 통하여 storage modulus (G'), loss modulus (G") 그리고 damping factor (tan$\delta$)를 구한 후 이들 데이터로부터 겔화 시간을 측정하였다. 겔화 시간과 경화 온도를 Arrenius equation에 적용시킨 결과 가교 활성화 에너지 ($E_c$)를 구할 수 있었으며 겔화 시간과 활성화 에너지 모두 DGEBA의 함량이 증가할수록 증가하였다. 경화 활성화 에너지 ($E_a$)를 동적 DSC를 이용하여 Kissinger method에 의해 구하였는데 활성화 에너지는 CAE의 함량이 증가할수록 감소함으로써 높은 반응성을 나타내었는데, 이는 짧은 반복 단위와 단순한 곁사슬기 그리고 반응 매질 내의 점도 등에 기인한다.기인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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