나노튜브 형상의 할로이사이트는 화장품 약물 등 활성물질의 방출시간을 연장하는데 응용할 수 있는 천연 나노광물이다. 할로이사이트를 이용한 활성물질 적재 방출 제어기술을 최초로 등록한 1997년 미국 특허를 필두로 2007년에는 비타민과 글리세린 등의 기능효과제를 광범위하게 포함하는 기능성화장품 제조기술에 대한 특허가 출원되었다. 학술 논문으로서는 화장품 보다 서방형 약물전달 기술에 관한 연구가 주로 발표되고 있다. 최근 화장품용 분체에 단순한 기재로서의 역할뿐만 아니라 기능성을 추가로 부여하고 있다. 특히, 할로이사이트는 기능성 화장성분의 전달 속도를 제어할 수 있으며 다른 분체보다 밀도가 낮아 팩 크림 로션류의 기재로 적합하다. 따라서 나노튜브형 할로이사이트를 활용한 나노캐리어 기술은 최근 화장품 유형별 시장점유율에서 2위로 부상한 기능성화장품 분야의 핵심기술로 성장할 것으로 기대된다.
점토광물은 자연 산출되는 광물로써 양이 풍부하고 가격이 저렴하여 여러 가지 산업자원으로써 오래전부터 다양하게 활용되어 왔다. 전통적인 주요 활용분야로는 제지 및 코팅 산업의 충진제, 내화재, 세라믹, 유리섬유, 시멘트 등에 90% 이상이 사용되어왔다. 최근에야 고무, 플라스틱 및 페인트의 물성 강화용 충진제로, 넓은 표면적을 활용한 촉매제로 일부 사용되고 있지만 대부분 판상용 점토광물을 대상으로 하고 있다. 고령토가 국내 생산 주요 품목에 들어가지만 그 비중은 2014년 기준 1.9%로 낮으며, 그나마 자급율도 77% 수준이라 수입에 의존하고 있다. 생산되는 고령토의 양이 매년 감소하고 있는 추세이며, 2014년 기준 고품질인 Wa와 Wb의 생산량이 각각 600 톤과 227 톤으로 미미한 수준이며 P급이 4.1만 톤 수준이라 부가가치가 매우 낮은 상품 중의 하나로 보인다. 다행히 우리나라에서 생산되는 고령토의 많은 부분이 할로이사이트 계열 고령토이고, 할로이사이트의 독특한 나노튜브 형태는 신소재 개발과 더불어 부가가치가 높은 새로운 활용분야를 개척하기 아주 적절한 광물이어서 그 특성과 산업적 활용 특성을 중심으로 최신 연구동향과 활용분야를 소개하고자 한다.
Halloysite nanotubes (HNTs), the multiwalled clay mineral with the composition of Al2Si2O5(OH)4·nH2O, have been highlighted as a low-cost adsorbent for the removal of dyes from wastewater. Although a powder of halloysite presents a high specific surface area, forming media are significantly considered due to sludge-clogging induced by the water-bound agglomeration. However, higher firing temperature to achieve the structural durability of the media and lower utilization rate due to longer penetration depth into the media act as hurdles to increase the dye-adsorption capacity. In this work, the retention of the adsorption capacity of halloysite was evaluated with methylene blue solution after the heat treatment at 750 ℃. In order to improve the utilization rate, tubular media were fabricated by extrusion. The images taken by transmission electron microscopy show that HNTs present excellent structural stability under heat treatment. The HNTs also provide superb capacity retention for MB adsorption (93%, 18.5 mg g-1), while the diatomite and Magnesol® XL show 22% (7.65 mg g-1) and 6% (11.7 mg g-1), respectively. Additionally, compositing with lignin enhances adsorption capacity, and the heat treatment under the hydrogen atmosphere accelerates the adsorption in the early stage. Compared to the rod-type, the tubular halloysite media rapidly increases methylene blue adsorption capacity.
Currently, fluid transfer steel pipes take a lot of time and expense to maintain all facilities due to new construction and painting or corrosion and aging. Therefore, this study was conducted for designing a CFRP pipe structure with high corrosion resistance and chemical resistance as a substitute for steel pipes. The helical/hoop pattern was cross-laminated to improve durability, and HNT was added to suppress the moisture absorption phenomenon of the epoxy. The HNT/CFRP pipe was manufactured by a filament winding process, and performed a mechanical property test, and a moisture absorption test in distilled water at 70℃. As a result, the highest bending strength was obtained when the hoop pattern was laminated with a thickness equivalent to 0.6% of the pipe. The 0.5 wt% HNT specimen had the highest moisture absorption resistance. Also, the delamination phenomenon at the interlayer interface was delayed, resulting in the lowest strength reduction rate.
The stacking configuration of fiber-reinforced polymer (FRP) composites, achieved via the filament winding process, exhibits distinct variations compared to conventional FRP composite stacking arrangements. Consequently, it becomes challenging to ascertain the influence of mechanical properties based on the typical stacking structures. Thus, it becomes imperative to enhance the mechanical behavior and optimize the interleaved structures to improve overall performance. Therefore, this study aims to investigate the impact of incorporating amorphous halloysite nanotubes (A-HNTs) within different layers of five unique layer arrangements on the low-velocity impact properties of interleaved carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) structures. The low-velocity impact characteristics of the laminate were validated using a drop weight impact test, wherein the resulting impact damage modes and extent of damage were compared and evaluated under microscopic analysis. Each interleaved structure laminate according to whether nanoparticles are added was compared at impact energies of 10 J and 15 J. In the case of 10 J, the absorption energy showed a similar tendency in each structure. However, at 15 J, the absorption energy varies from structure to structure. Among them, a structure in which nanoparticles are not added exhibits the highest absorption energy. Additionally, various impact fracture modes were observed in each structure through optical microscopy.
In this study, damaged composite laminates were repaired by a stepped patch repair method using halloysite nanotube(HNT) and milled carbon(MC) reinforced composite materials with different amount of the particles. And the mechanical and structural effects of the particles on the interface between the damaged and repair surfaces were analyzed. At this time, after exposing them to a harsh environment of high temperature and humidity for a long time, the recovery rate of the material properties relative to the material forming the damaged plate was compared. As a result, at $70^{\circ}C$ high temperature distilled water, the hygroscopicity of the HNT/GFRP composites was significantly different from that of the MC/GFRP composites. Especially, 0.5, 1 wt. % HNT was added, the moisture absorption rate was the lowest and this was the factor that contributed to the mechanical strength increase. On the other hand, MC showed a high hygroscopic resistance only with a small amount, and the strength was different according to the action direction of the load, and the addition amount was also different.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.3
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pp.461-466
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2022
Epoxy resins are widely used in various industrial fields. However, they suffer from brittleness, an issue that must be addressed for further applications. To solve this problem, additional fillers are needed to improve the mechanical and thermal properties of the resins; zirconia is one such filler. However, it has been reported that aggregation may occur in the epoxy composites as the amount of zirconia increases, preventing enhancement of the mechanical strength of the epoxy composites. Herein, to reduce the aggregation, zirconia was well dispersed on halloysite nanotubes (HNTs), which have high thermal and mechanical strength, by a conventional wet impregnation method using zirconyl chloride octahydrate as a precursor. The mechanical and thermal strengths of the epoxy composites with The zirconia impregnated HNTs (Zr/HNT) were investigated. Zr/HNT were characterized by Scanning electron microscope (SEM), transmittance electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy. The thermal strength of the epoxy composites was studied by thermomechanical analysis (TMA) and the mechanical strength of the epoxy composites (flexural strength) was studied by using a universal testing machine (UTM). The mechanical and thermal strengths of the epoxy complex with Zr/HNT were improved compared to those of the epoxy complex with HNT, and also increased as the content of Zr/HNT increased.
Kim, TaeHee;Lim, Choong-Sun;Kim, Jin Chul;Seo, Bongkuk
Journal of Adhesion and Interface
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v.18
no.2
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pp.68-74
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2017
Epoxy resins are widely used in various fields due to their excellent thermal, mechanical and chemical properties. In order to improve the mechanical properties of the epoxy composition after curing, various materials are mixed in the epoxy resin. Among the nano materials, CNT is the most widely used. However, CNT has limitations in terms of manufacturing process and manufacturing cost. Therefore, there is a growing interest in naturally occurring HNTs having similar structure to that of CNT. In this study, the thermal and mechanical properties of epoxy compositions containing HNTs treated with two types of silane compounds were investigated. The mechanical properties of silane-treated HNT were measured by using a universal testing machine. The differential scanning calorimeter (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), and thermomechanical analysis (TMA) were used to measure thermal properties. As a result of the above tests, when the HNT was surface-treated with aminosilane, the tensile strength of the epoxy composition containing the HNT was higher than that of the epoxy composition containing epoxy silane treated HNT. The linear thermal expansion coefficients (CTE) obtained from the thermomechanical analysis of the two epoxy compositions for the comparison of dimensional stability showed that the HNT composition treated with aminosilane showed a lower value of CTE than that of epoxy composition including the pristine HNT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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