Purpose: This paper addresses a case study of developing a flame retardant wood-plastic composites (WPC) by adding tannic acid to the existing synthetic wood. The optimal mixing ratios of six components are explored to minimize the burning time using two mixture designs. Methods: In the preliminary experiment, six components are considered to find important components and their ranges. Seven D-optimal mixture design points are generated. Two points are removed for the balance of plastic components to be maintained, and the remaining five points are augmented with two basic compositions. Four components are selected to be considered in the main experiment. In the main experiment, pellets are extruded at the eight mixture design points. In-house testing of burning time is executed three times. Specimens made of pellets from two promising flame retardant compositions are sent to the accredited laboratories and tested. Results: The test results are as follows: 1) The best composition (Wood flour, Tannic acid, PE, Lubricant) = (25, 41, 10, 2) (wt%) shows the burning time of 1 second, which is 9-fold improvement compared to the the burning time of 9 seconds from the existing composition (58, 0, 10, 2) (wt%). 2) The second best composition (41, 25, 10, 2) (wt%) results in the burning time of 2 seconds. This composition is inferior to the best composition in terms of the flame retardancy, but more economical since it needs less tannic acid which is 100-fold expensive than the wood flour. Conclusion: Flame retardant compositions are found by adding tannic acid to the existing WPC employing optimal mixture designs. This case study will be helpful to practitioners who try to develop new products with additional physical properties with as small number of experimental trials as possible. Future research direction includes exploring conditions which satisfy both performance level and cost limitation simultaneously.
Biomass burning is known to be one of the main sectors emitting greenhouse gases as well as air pollutants. Unfortunately, the inventory of biomass burning sector has not been established well. We estimated greenhouse gas (GHG) and air pollution (AP) integrated emissions from biomass burning sector in Seoul during year 2010. The data of GHG and AP emissions from biomass burning, classified into open burning, residential fireplace and wood stove, meat cooking, fires, and cremation, were obtained from Statistics Korea and Seoul City. Estimation methodologies and emission factors were gathered from reports and published literatures. Estimated GHG and AP integrated emissions during year 2010 were $3,867tonCO_{2eq}$, and 2,320 tonAP, respectively. Major sources of GHG were forest fires ($1,533tonCO_{2eq}$) and waste open burning ($1,466tonCO_{2eq}$), while those of AP were meat cooking (1,240 tonAP) and fire incidence (907 tonAP). Total emissions by administrative district in Seoul, representing similar patterns in both GHG and AP, indicated that Seocho-gu and Gangseo-gu were the largest emitters whereas Jung-gu was the smallest emitter, ranged in $2{\sim}165tonCO_{2eq}$ and 0.1~8.31 tonAP. GHG emissions per $km^2$ showed different results from total emissions in that Gwanak-gu, Jungnang-gu, Gangdong-gu and Seodaemun-gu were the largest emitters, while Seocho-gu and Gangseo-gu were near-averaged emission districts, ranged in $0.2{\sim}21tonCO_{2eq}/km^2$. However, AP emissions per $km^2$ revealed relatively minor differences among districts, ranged in $2.3{\sim}6.1tonAP/km^2$.
Currently, many forest residues have been generated by the National Forest Management Operation. Unfortunately, most of the forest residues are supposed to be used as raw materials for burning fuels like wood pellets. Even though the forest biomass must be effectively used for making high value-added products, they may be subject to disposable raw materials for wood pellets. Wood pellets are regarded as burning fuels with less contribution to the decrease in carbon gas emission, compared to raw materials for kraft pulps. In this study, we studied whether or not forest biomass mixed with various ages and, species could be used as raw materials for kraft pulps.
This experiment was carried out to evaluate the results of fire retardancy of sealer coated plywood by Building material combustibility tester and Inclined panel tester. At this study, weight loss percentage, flame exhausted time, burning point and smoke yield coefficient were examined. The findings of this study lead to conclusions as listed below. 1. It was obvious that weight loss percentage and flame exhausted time of Inclined panel tester had more remarkable tendency than those of Building material combustibility tester. 2. Burning point was determined by Inclined panel tester while smoke yield coefficient by Building material combustibility tester. 3. Weight loss percentage decreased remarkably with proportion to the increase of sealer coated amount during 5 minutes burning. 4. Flame exhausted time decreased with proportion to the increase of sealer coated amount during 3 minutes burning. 5. Burning point indicated increasing tendency with proportion to the increase of sealer coated amount. 6. Smoke yield coefficient of urea scaler showed definite inclination decreasing with the increase of sealer coated amount.
MDF를 재료로 600, 800, 1,000, 1,200℃에서 소성 하여 우드세라믹을 제조한 후 소성 전 수지 함침율과 소성온도에 따른 우드세라믹의 표면온도를 조사하였다. 함침율, 소성온도 및 시간의 경과에 따라 표면온도가 증가하였으며, 1,200℃ 시료의 온도가 가장 높게 나타났다. 시간의 경과에 따른 표면온도의 하강은 800℃ 시료의 온도가 가장 빨리 감소하였다.
왕겨 분말을 가연성 담체로 첨가하여 분상, 과립상 및 봉상의 fenarimol 훈연제를 제제하고 제형이 훈연제의 연소성에 미치는 영향을 조사하였다. 가연성 담체로 목분을 사용한 목분 훈연제의 연소성을 조사하고 왕겨 훈연제와 비교하였다. 왕겨 분말을 가연성 담체로 한 fenarimol 훈연제(3%)는 분말, 과립 및 막대 모양으로 성형할 수 있었으며, 염소산나트륨 첨가비가 11% 이상일 때 모두 연속적으로 연소하였다. 형상과 무관하게 모두 염소산나트륨 첨가비가 13%인 훈연제의 훈연율이 가장 높았으며, 분상 훈연제(64.5%) < 과립훈연제(78.4%) < 봉상 훈연제(90.9%) 순으로 훈연율이 증가하였다. 봉상 훈연제는 과립훈연제보다 점화가 특히 용이하고 강도와 훈연율이 우수하였다. 목분을 가연성 담체로 사용한 훈연제는 방염 성분을 함유하여 연소 시간이 매우 길어지는 특성이 있어서 훈연제보다 서서히 연소하는 훈증제용 담체로 더 적합하였다.
외부 복사열원(10, 15, 20, 25 및 $35kW/m^2$)에 노출된 난연처리된 목재의 탄화특성을 측정하기 위해 Douglas fir를 사용하였으며, 목재에 복사열원을 노출시키기 위해 Cone heater를 사용하였다. 시료의 크기는 $100mm\times100mm\times50m$로 Monoammonium phosphate, Sodium borate, Zinc borate를 이용하여 배합된 수용성 난연제에 의해 함침 처리된 목재(F2와 F4)와 비처리된 목재(N)를 사용하였다. 연구결과, 난연처리된 Douglas fir의 경우 비처리된 목재에 비해 탄화율이 외부 복사열원의 증가와 관계없이 현저히 낮음을 알 수 있었으며, 난연제의 함량 증가에 따라 탄화율이 낮게 나타났다. 비처리된 목재에 있어 연소속도가 상대적으로 큼을 알 수 있으며, 낮은 외부 복사열원에서 보다 높은 복사열원에서 그 차이가 많이 남을 알 수 있다. 또한, 외부 복사열원이 $35kW/m^2$일 때 평균 탄화속도는 비처리된 목재가 난연처리된 목재에 비해 약 2배정도 빠름을 알 수 있었다 탄화율, 연소속도 및 탄화깊이와 속도의 측정결과 본 연구에서 배합된 난연성 수용액은 탄화층에 의한 단열 효과 및 불꽃 억제 효과가 있음을 알 수 있었다.
기후변화를 유발하는 원인물질로는 주로 화석연료의 연소에 의해 발생하는 '온실가스'가 대표적이었으나, 최근 연구를 통해 블랙카본 또한 기후변화에 기여하는 것으로 알려지고 있다. 주로 숯가마, 화목난로, 폐기물 노천소각 등 생물성 물질의 불완전연소에 의해 발생하는 블랙카본은 눈과 얼음의 표면에 붙어 알베도를 감소시키고, 태양복사에너지 흡수율을 증가시켜 눈과 얼음이 녹는 속도를 가속화 한다. 그러나, 바이오매스 연소로 발생하는 블랙카본의 배출 특성은 아직 정확하게 밝혀진 바가 없다. 본 연구에서는 이러한 블랙카본의 배출 특성을 살펴보기 위하여 화목난로를 대상으로 연소실험을 진행하였다. 연소 실험 결과, 블랙카본은 연소 온도가 낮고, 연소용 공기 공급량이 적은 조건에서 더 많이 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 블랙카본 배출계수는 벽난로에서 목재연료 A를 연소하였을 때가 1.01 g-BC/kg-Oak, 목재연료 B가 0.37 g-BC/kg-Oak, 목재연료 C가 0.29 g-BC/kg-Oak으로 산정되었고, 소형난로에서 목재연료 A를 연소하였을 때 0.25 g-BC/kg-Oak으로 산정되었다.
MDF를 페놀수지에 함침한 후 500, 650, 800, 1,000℃에서 소성하여 우드세라믹을 제조한 후 함침재 및 우드세라믹의 치수 변화와 휨강도를 측정하였다. 수지 함침율이 증가할수록 함침재의 치수 증가율 및 휨강도는 증가하였다. 소성온도에 따른 중량, 길이 및 두께감소율은 각각 소성온도 500℃일 때 59.9%, 19.4%, 26.3%이었으며, 소성온도 1,000℃일 때 65.3%, 22.5%, 31.6%로 소성온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 휨강도 또한 함침율 40%일 때 소성온도 500℃에서 50.3 kgf/cm3, 800℃에서 0.79 g/cm3로 증가하였으나, 1,000℃에서는 0.75 g/cm3로 약간 감소하였다. 이상의 결과로 함침재 및 우드세라믹의 성질은 수지 함침율 및 소성온도의 영향을 받음을 알 수 있었다.
It is very important to investigate air pollutants emissions emitted from open burning in order to control nonpoint sources effectively. In this study, we utilized incineration simulator proposed by U.S EPA and investigated emissions of CO, OC/EC, from household waste and biomass burning to estimate pollutant emissions by illegal incineration of biomass wastes. Emission factor of OC was estimated as 17.1 g/kg for rice strew, 23.5 g/kg for barley, 10.3 g/kg for corn stover, 4.3 g/kg for unseasoned wood, respectively. In case of EC, it was calculated as 1.6 g/kg for rice strew, 4.3 g/kg for barley, 1.4 g/kg for corn stover, 0.6 g/kg for unseasoned wood, respectively. Most of the pollutants emissions were emitted at the stage 1 and 2. In the stage 3, the pollutants concentration decreased gradually. To estimate emissions and build inventory for biomass burning, we need to know accurate activity data. We, therefore, used activity data of both survey results of previous study and statistical data of National Statistical Office. However, we need to perform additional experiments in the future to obtain more accurate activity data for various cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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