본 연구는 재면이 약한 낙엽송재의 교실용 마루판으로의 재질개량의 일환으로 경도와 내마모성 등 표면성능의 개선을 도모하기 위한 표면강화처리기술을 개발하기 위하여 수행되었다. 낙엽송 마루판의 밑칠을 폴리우레탄 우드실러, 중간칠을 폴리우레탄 샌딩실러도료로 도장한 다음, 마감칠로써 자외선 (UV) 경화형 에폭시아크릴레이트수지도료와 우레탄아크릴레이트수지도료를 이용한 표면강화처리에 의해 경도, 내마모성, 부착성, 내충격성이 향상되었다. 이 처리에 의해 브리넬경도가 1.75에서 2.25~2.27로 개선되어 2.38의 참나무재와 유사한 경도치를 나타내었으며, 약 2배의 내마모성 증대효과가 나타났다. 외부충격에 의한 도막의 갈라짐은 거의 발생하지 않았으며, 에폭시아크릴레이트가 우레탄아크릴레이트에 비해 충격에 의한 크랙의 발생율이 적었다.
현재 국내에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 제설제는 염화칼슘이며, 우리나라의 기후 변화에 따라 전국적으로 제설제의 사용량이 증가하고 있는 추세이다. 제설 제빙을 목적으로 하는 제설제는 살포되어 염화물이 용해된 노면수에 의해 동결융해 작용으로 콘크리트에 열화 등의 다양한 피해를 주고 있다. 따라서 본 연구에서는, 콘크리트 표면에 도포하여 외부에서 침투하는 수분을 차단하는 방식인 콘크리트 표면 보호재를 실리콘 기반으로 한 콘크리트 미세기공을 코팅할 수 있도록 반응형 우레탄 폴리머를 제조하여, 분자의 크기 제어와 표면 개질을 통해 혼화제를 선정하여, 콘크리트 적용하였고 침투강화제의 특성 및 도포방법에 따른 콘크리트 기초 물성을 평가하였다.
본 연구에서는 주 구성 광물이 방해석인 대리암에 대하여 알콕시실란계 강화제인 0.8T0.2E1G_3wt0.08%와 1T1G_7wt0.08%의 적용성 평가를 수행하였다. X-선회절분석결과 방해석의 회절선의 위치는 변화가 없지만 강도는 약간 증가하는 경향을 나타낸다. 전자현미경 관찰 결과 강화제 0.8T0.2E1G_3wt0.08%로 처리한 경우 새끼줄 모양으로, 1T1G_7wt0.08%로 처리한 경우 판상 또는 엽상의 입자가 균질하게 피복되어 있는 표면을 관찰할 수 있다. 강화제 처리 후 표면은 두 가지 모두 약간 어두운 경향을 나타낸다. 쇼어경도와 초음파 속도는 두 강화제 모두 처리 후 증가하는 경향을 나타낸다.
표면처리에 따른 Jute 섬유 강화 폴리프로필렌 복합재료의 수화 전 후 계면 물성을 미세역학시험과 동적 접촉각으로 평가하였다. 알칼리 및 실란 커플링제 용액으로 Jute 섬유의 표면을 처리함으로 Jute 섬유와 폴리프로필렌 기지재 사이의 계면전단강도가 증가를 하였으며, 수화 이후 미처리, 알칼리 그리고 실란 커플링제 용액으로 표면처리된 Jute 섬유와 기지재 사이의 계면전단강도는 수분침투에 의해 감소하였다. 실란 커플링제 용액으로 표면처리된 Jute 섬유와 폴리프로필렌 기지재 사이의 계면전단강도는 알칼리 용액 및 미처리의 경우에 비해 높았다. 미처리, 실란 커플링제 및 알칼리 용액 처리된 Jute 섬유의 표면에너지는 동적 접촉각 측정을 통해 계산되어졌다. 수화 이후의 열역학적 접착일은 섬유와 기지재 사이의 물 중간층을 고려하여 계산하였다. 계산되어진 결과를 통해 실란 커플링제 용액으로 표면처리된 Jute 섬유와 폴리프로필렌 계면 사이가 가장 안정한 것으로 나타났다.
야외에 놓여 있는 석조 문화재는 시간관 환경에 의한 풍화에 노출되어 있다. 따라서 문화재 석재 자체의 특성을 강화시켜 풍화에 대한 저항력을 높일 수 있는 강화제가 필요하다. 풍화된 석조문화재 보존은 tetraethoxysilane (TEOS)와 같은 알콕시실란계 강화제의 솔-젤 반응을 이용하여 강화시키고 있다. 솔-젤 반응 후 얻어진 젤의 치밀한 망상구조와 건조 시 모세관 힘의 발생으로 균열이 형성되어 2차 훼손 가능성이 높은 상업용 알콕시실란계 강화제를 대체할 유연한 알킬사슬을 가진 TEOS/(3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane (GPTMS)계 강화제에 알킬 기능기를 가진 ethyltriethoxysilane (ETEOS)를 첨가하여 강화제의 표면 소수특성을 향상시킨 강화제를 개발하였다. ETEOS의 양과 가수분해와 축합반응으로 이루어지는 솔-젤 반응 속도를 가수분해의 양을 조절하여 제어하였다. 솔-젤 반응 특성을 무게 변화, FT-IR 등으로 확인하였고, 외부에 노출되어 풍화된 경주 남산근처의 화강암에 처리하여 물 함침량, 표면접촉각, 강화 효과 등을 측정하여 응용가능성을 확인하였다.
압축강화형 복합레진($TESCERA^{TM}$ ATL)을 지르코니아 framework에 효과적으로 전장하기 위하여, 표면처리 방법을 여러 가지로 달리한 지르코니아 표면에 압축강화형 복합레진을 전장하여 전단결합강도를 실험적으로 비교하였다. 지르코니아의 표면적 증가를 도모하기 위해 최종소결 전 지름 1.1mm round bur를 사용하여 지르코니아 표면에 pockmark (honey-comb concept)를 형성하였고, 화학적으로는 Primer (Zr-plus primer, Bisco, Inc., Shaumurg, USA)를 도포하여 결합강도 증가를 도모하였다. 지르코니아에 porcelain을 적층하여 대조군으로 삼고 각 군을 5도와 55도 사이에서 10,000회 thermocycling시켜 simulated aging 결과 또한 비교하였다. 전단결합강도를 측정하였고 주사전자현미경을 통해 파절단면을 관찰하였다. Pockmark를 형성한 실험군에 압축강화형 복합레진($TESCERA^{TM}$ ATL) 전장 시 도재 전장과 유사한 전단결합 강도를 발휘하였으며,(p>0.05) 동일 시편을 24시간 수중 보관했을 때에 비해 thermocycling 했을 때의 전단결합강도가 약간 감소하였으나 유의차는 보이지 않았다.(p>0.05) 지르코니아 표면에의 Primer의 도포가 압축강화형 복합레진 ($TESCERA^{TM}$ ATL)과의 결합강도를 증가시키지는 못하였다. 지르코니아 소결 전 표면에 pockmark를 주어 표면적을 증가시키고 요철의 효과를 주는 것은 $TESCERA^{TM}$ ATL과의 결합강도를 증가시켰으며, 이는 임상적으로 지르코니아-포세린의 결합강도에 필적하는 강하고 내구성 있는 결합강도를 가져온다고 판단되었다.
저합금강인 SCM415강에 대한 플라즈마 질화의 변수에 따른 질화특성을 관찰하여 최적공정을 확립한 후 기존의 질화법인 염욕질화와 가스질화 되어진 시편과 피로특성을 비교하였다. 가스조정비는 질소대 수소의 비가 3:1일 때 가장 높은 표면강도를 가지며, 온도는 높아질수록 표면강도는 낮아지고 유효경화깊이는 깊어지는 것을 알 수 있었다. 또한 질화시간이 증가될수록 표면경도는 낮아지고 유효경화깊이는 깊어졌다. 본 플라즈마 질화장비에서의 최적공정조건은 공정온도 500℃, 공정시간 4시간, 질소와 수소의 비가 3:1으로 관찰되었고, 이 때 표면경도는 1181 Hv, 화합물층의 깊이 17 ㎛, 유효경화깊이 450 ㎛로 측정되었다. 가스질화 되어진 시편의 표면경도는 945 Hv, 유효경화깊이 250 ㎛였고, 염욕질화 되어진 시편의 경우는 각 846 Hv, 300㎛으로 관찰되었다. 또한 플라즈마 질화공정을 거친 질화강과 가스질화, 염욕질화 되어진 질화강의 피로특성을 평가한 결과 플라즈마 질화강이 가스질화, 염욕질화 되어진 질화강에 비하여 1.5∼2배의 우수한 피로특성을 나타내었다.
탄소섬유강화플라스틱(CFRP)의 홀 가공 시 chip이 발생된다. 이때 발생되는 chip은 단순 폐기용 차원이 아닌 미세탄소섬유와 에폭시의 조성으로 이루어져 있다. Chip을 강화재로 활용하기 위해서는 탄소섬유만의 조성을 이루어야 고분자 기지와 계면접착력이 증가될 수 있다. Chip 내 탄소섬유의 길이를 일정하게 하기 위해 막자 사발을 이용한 절단 과정 후 $H_2O_2$를 이용한 표면처리를 하여 탄소섬유에 붙어있는 에폭시를 제거하였다. Chip을 이용하여 페놀수지를 기지로 한 페놀복합재료를 제조하였으며, 내열성 및 난연성 재료로 활용 가능성을 평가하였다. 기존의 페놀보다 표면처리를 한 chip복합재료가 기계적, 열적 물성이 향상됨을 확인하였으며, 젖음성 평가를 이용하여 표면물성에 따른 재료의 물성을 평가하였다. 불균질한 표면 조성에 의해 표면 거칠기가 달라지기 때문에 페놀복합재료의 접촉각이 증가되었다. 난연성 평가는 ASTM D635-06 방법으로 수행하였다. 평가결과, chip의 첨가 및 표면처리의 영향에 의해 난연성이 향상되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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