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문제 정의
- HIPS/RTPU계 블렌드 수지를 발포시킴으로써 나타나는 물성의 변화를 조사하여 재생우레탄의 virgin 우레탄보다 떨어지는 물성을 보완하고 보다 폭넓은 용도를 개발하고자 하였다.
- 또한 스크랩으로부터 재생 우레탄을 제조하여 재생우레탄의 블렌딩 기술과 발포기술개발에 중점을 두어 연구한 결과를 기술하였다. 블렌드로서는 고 충격 폴리스티렌(HIPS : high impact polystyrene)을 혼합하여 물성을 조사하였으며 또한 발포체로서는 RTPU/HIPS계를 발포시켜 발포체의 특성을 알아보고 이를 형태학적으로 해석하고 실용화를 위하여 가공기술의 기초가 되는 유변학적인 성질을 조사하여 이에 대한 결과를 기술하였다.
- 본 연구에서는 전편11에서 발표한 재생 우레탄고무의 공업적인 활용을 위하여 분말화된 스크랩으로 양액재배용 배지로서의 활용성을 연구하였다. 또한 스크랩으로부터 재생 우레탄을 제조하여 재생우레탄의 블렌딩 기술과 발포기술개발에 중점을 두어 연구한 결과를 기술하였다.
가설 설정
- 개화 후(b) 장미의 생장 모습을 나타낸 것이다. 대조구인 암면과 비교하여 폐우레탄 고무를 함유한 배지에서 장미의 생장은 생장초기에 thin brittle stem, 초기위조(incipient wilting)와 같은 stress 증상을 보였다.
제안 방법
- RTPU/HIPS 블렌드계 중에서 상용성이 양호하고 가장 virgin 우레탄의 우수한 기계적 물성을 손상시키지 않는 것으로 나타난 RTPU/HIPS 비율이 80 : 20 인 블렌드계11를 amide 계통의 발포제인 modified azodicarbonamide를 각각 0, 0.5, 1, 1.5(wt %)의 비율로 압출기를 사용하여 발포 압출하여 2kg으로 제조하고 이를 각각 500g 씩으로 나누어 성형하였으며, 압출기 온도는 투입구로부터 145℃, 170℃:, 165℃로 각각 조정하여 압출성형을 실시하고 이렇게 나온 압출물을 펠렛으로 절단하였다. 이 RTPU/HIPS/foamer 발포체의 특성을 규명하기 위하여 압출물 펠렛을 시편용 금형에 압축성형하여 시편을 제조하였다.
- 고 충격 폴리스티렌과 재생 우레탄 블렌드계 RTPU/HIPS의 발 포체에 대한 특성규명을 위하여 비중계를 사용하여 측정하였으며 열적특성은 TGA(TA-50I, SHIMADZU)를 이용하여 600 ℃ 까지 분당 40℃ 의 승온 속도로 측정하였으며 DSC를 이용하여 50℃부터 500℃까지 분당 10℃ 의 승온 속도로 측정하여 열적성질을 규명하였다. 형태학적 특성 규명을 위하여 광학현미경 (KEYENCE VH5900) 과 전자주사현미경 (Jeol SEM Model 36CF)을 이용하여 시료 파단면의 표면특성 등을 조사하였으며 FT-IR(Polaris-tm, Mattson)을 이용하여 분석을 실시하였다.
- 채화 기준은 줄기 최대직경 4mm 이상, 꽃봉오리가 5개 이상 전개하는 개화 2단계, 그리고 초장 40cm 이상의 가지만을 선별하여 채화하였다. 배지 내의 pH와 EC를 측정하기 위하여 종류별 배지의 시료를 각각 1L씩 채취하여 60℃의 항온 건조기에서 72시간 건조한 후, 시료 30mL를 3차 증류수 150 mL(1 : 5, v/v)와 혼합하여 24시간 동안 lOOrpm으로 진탕하였다. 혼합용액을 맑은 액체가 될 때까지 2~3 회 반복하여 거름종이(Whitman No.
- 철제 베드 위에 모든 배지 처리 구가 포함되도록 난 괴법으로 배치하였으며, 배치 후 배지자루를 통일성 있게 약 10cm 길이의 X자 모양으로 장미가 식재될 위치를 칼로 찢고, 자루의 측면 하부에 길이 5cm 의 배수구를 4개씩 만들었다. 배지를 수돗물로 충분히 관수하고 자루당 발근된 장미 4주씩을 정식하였다. 정식 후 일본 아이찌 현 원예연구소(가또처방)의 장 미 재배용 양액을 Table 1에 나타낸 바와 같이 조제하여 점적 호스와 점적관을 이용하여 매일 9 :00, 10 : 00, 12 : 00, 13 : 00, 14 : 00, 16 : 00 그리고 17 : 00시의 7회, 1회 관수시간은 5분으로 조절하여 1일 식물체 당 약 500mL씩 주입하였다.
- 본 실험에서는 스크랩 자체를 분쇄한 후 사용하는 분말 가공 방식과 재생 우레탄을 제조하여 사용하는 두 가지 방법으로 접근하였다.
- 또한 스크랩으로부터 재생 우레탄을 제조하여 재생우레탄의 블렌딩 기술과 발포기술개발에 중점을 두어 연구한 결과를 기술하였다. 블렌드로서는 고 충격 폴리스티렌(HIPS : high impact polystyrene)을 혼합하여 물성을 조사하였으며 또한 발포체로서는 RTPU/HIPS계를 발포시켜 발포체의 특성을 알아보고 이를 형태학적으로 해석하고 실용화를 위하여 가공기술의 기초가 되는 유변학적인 성질을 조사하여 이에 대한 결과를 기술하였다.
- 5(wt %)의 비율로 압출기를 사용하여 발포 압출하여 2kg으로 제조하고 이를 각각 500g 씩으로 나누어 성형하였으며, 압출기 온도는 투입구로부터 145℃, 170℃:, 165℃로 각각 조정하여 압출성형을 실시하고 이렇게 나온 압출물을 펠렛으로 절단하였다. 이 RTPU/HIPS/foamer 발포체의 특성을 규명하기 위하여 압출물 펠렛을 시편용 금형에 압축성형하여 시편을 제조하였다.
- 꺽어 휘었다. 이후 뿌리윗부분에서 새로이자란 신초를 절화로 기부채화하고 지속적으로 직경 4mm 미만의 줄기는 절곡하였다.
- 배지를 수돗물로 충분히 관수하고 자루당 발근된 장미 4주씩을 정식하였다. 정식 후 일본 아이찌 현 원예연구소(가또처방)의 장 미 재배용 양액을 Table 1에 나타낸 바와 같이 조제하여 점적 호스와 점적관을 이용하여 매일 9 :00, 10 : 00, 12 : 00, 13 : 00, 14 : 00, 16 : 00 그리고 17 : 00시의 7회, 1회 관수시간은 5분으로 조절하여 1일 식물체 당 약 500mL씩 주입하였다. 공급된 양액의 pH는 6.
- 채화 기준은 줄기 최대직경 4mm 이상, 꽃봉오리가 5개 이상 전개하는 개화 2단계, 그리고 초장 40cm 이상의 가지만을 선별하여 채화하였다. 배지 내의 pH와 EC를 측정하기 위하여 종류별 배지의 시료를 각각 1L씩 채취하여 60℃의 항온 건조기에서 72시간 건조한 후, 시료 30mL를 3차 증류수 150 mL(1 : 5, v/v)와 혼합하여 24시간 동안 lOOrpm으로 진탕하였다.
- 12L씩 충전하였다. 철제 베드 위에 모든 배지 처리 구가 포함되도록 난 괴법으로 배치하였으며, 배치 후 배지자루를 통일성 있게 약 10cm 길이의 X자 모양으로 장미가 식재될 위치를 칼로 찢고, 자루의 측면 하부에 길이 5cm 의 배수구를 4개씩 만들었다. 배지를 수돗물로 충분히 관수하고 자루당 발근된 장미 4주씩을 정식하였다.
- 최초 채화는 정식 후 81일째인 1999년 6월 15일부터 9일간 실시하였으며, 정식 후 117일째 또는 1차 채화 후 36일째인 7월 21일부터 10일간 2차 채화를 실시하여 장미의 생육상태를 조사하였다. 채화 기준은 줄기 최대직경 4mm 이상, 꽃봉오리가 5개 이상 전개하는 개화 2단계, 그리고 초장 40cm 이상의 가지만을 선별하여 채화하였다.
- 폐우레탄 스크랩은 신발용 밑창에 사용되는 우레탄고무 스크랩을 수거하여 5~7mm로 분쇄한 스크랩을 사용하였으며 이를 양액 재배용 배지의 구성요소로 적용하기 위하여 폐암면(경남 일대의 토마토 유리온실에서 2년 동안 사용 후 폐기)을 증기소독(120℃, 30분) 처리한 후 폴리우레탄 스크랩과 3 : 1(폐암면 : 스크랩)의 비율(Vol. %)로 혼합하여 실험을 수행하였으며, 재생 열가소성 폴리우레탄(RTPU)은 신발용 outsol에 사용되는 우레탄고무스크랩으로부터 수거하여 재생 우레탄을 제조하였다. 재생열가소성 폴리우레탄과 블렌드를 위해선정된 내 충격성 폴리스티렌(HIPS)은 (주)제일모직의 제품을 사용하였다.
- 형태학적 특성 규명을 위하여 광학현미경 (KEYENCE VH5900) 과 전자주사현미경 (Jeol SEM Model 36CF)을 이용하여 시료 파단면의 표면특성 등을 조사하였으며 FT-IR(Polaris-tm, Mattson)을 이용하여 분석을 실시하였다.
- 형태학적인 고찰을 위해 발포체 함량의 증가에 따라 발포가 증가되는 상황을 주사전자현미경사진으로 조사하여 Fig. 5에 각각 나타내었다. SEM 사진에서 살펴보면 발포제의 함량이 0part인 시편(a)의 경우 발포가 일어나지 않은 것을 알 수 있었으며, 발포제 함량이 0.
- 배지 내의 pH와 EC를 측정하기 위하여 종류별 배지의 시료를 각각 1L씩 채취하여 60℃의 항온 건조기에서 72시간 건조한 후, 시료 30mL를 3차 증류수 150 mL(1 : 5, v/v)와 혼합하여 24시간 동안 lOOrpm으로 진탕하였다. 혼합용액을 맑은 액체가 될 때까지 2~3 회 반복하여 거름종이(Whitman No. 2)에 거른 후 pH(pH meter, ORION, EA940, USA) 와 EC(Conductivity Meter, Consort C531, Belgium)를 측정하였다.
대상 데이터
- 재생열가소성 폴리우레탄과 블렌드를 위해선정된 내 충격성 폴리스티렌(HIPS)은 (주)제일모직의 제품을 사용하였다. RTPU/HIPS 블렌드계의 발포체를 성형하기 위해 사용한 발포제로는 상품명이 CELLC0M-ACL2인 (주)금양에서 생산한 아미드 계통의 발포제인 modified azodicarbonamide를 사용하였다.
- 본 연구에서 사용한 실험 재료로 폐우레탄 스크랩, 재생열가소성 폴리우레탄, 내충격성 폴리스티렌 및 우레탄용 발포제를 사용하였다. 폐우레탄 스크랩은 신발용 밑창에 사용되는 우레탄고무 스크랩을 수거하여 5~7mm로 분쇄한 스크랩을 사용하였으며 이를 양액 재배용 배지의 구성요소로 적용하기 위하여 폐암면(경남 일대의 토마토 유리온실에서 2년 동안 사용 후 폐기)을 증기소독(120℃, 30분) 처리한 후 폴리우레탄 스크랩과 3 : 1(폐암면 : 스크랩)의 비율(Vol.
- %)로 혼합하여 실험을 수행하였으며, 재생 열가소성 폴리우레탄(RTPU)은 신발용 outsol에 사용되는 우레탄고무스크랩으로부터 수거하여 재생 우레탄을 제조하였다. 재생열가소성 폴리우레탄과 블렌드를 위해선정된 내 충격성 폴리스티렌(HIPS)은 (주)제일모직의 제품을 사용하였다. RTPU/HIPS 블렌드계의 발포체를 성형하기 위해 사용한 발포제로는 상품명이 CELLC0M-ACL2인 (주)금양에서 생산한 아미드 계통의 발포제인 modified azodicarbonamide를 사용하였다.
성능/효과
- Table 2는 장미의 1, 2차 생육조사의 결과를 나타낸 것이다. 1차 생육조사(채화일 80~88일) 결과, 대조구인 암면과 비교하여 장미의 초장, 가지수 그리고 생체중은 증가하였다. 2차 생육 조사(채화일 117~126일) 결과, 대조구인 암면과 비교하여 가지수는 증가하였으나, 초장과 생체중은 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 1차 생육조사(채화일 80~88일) 결과, 대조구인 암면과 비교하여 장미의 초장, 가지수 그리고 생체중은 증가하였다. 2차 생육 조사(채화일 117~126일) 결과, 대조구인 암면과 비교하여 가지수는 증가하였으나, 초장과 생체중은 감소하는 것을 알 수 있었다. 장미의 개화 소요일수는 1, 2차 생육조사 결과 암면과 비교하여 큰 차이를 보이지 않는 것을 알 수 있었다.
- RTPU/HIPS 발포체에 대한 연구의 결과 재생우레탄 수지는 일정량의 발포제의 작용에 의해서 발포가 형성되고 발포제 함량의 증가가 약간의 열적 특성 변화를 가져오는 것으로 나타났으나 특성에 큰 영향을 주는 것으로 나타나지 않아 발포체로서 폐우레탄을 재활용할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나 활성화하기 위하여는 상용 성 향상 및 여러 탄성체와의 혼합공정을 통하여 물성을 보완하고 가공성 향상에 많은 연구와 노력이 필요하다고 생각된다.
- 5에 각각 나타내었다. SEM 사진에서 살펴보면 발포제의 함량이 0part인 시편(a)의 경우 발포가 일어나지 않은 것을 알 수 있었으며, 발포제 함량이 0.5 part 일 때부터 발포가 진행되어 발포제의 함량이 증가할수록 발포가 더욱 많이 일어나는 것으로 나타났다.
- 1은 장미를 식재일로부터 1일 경과 후(a)와 개화 후(b) 장미의 생장 모습을 나타낸 것이다. 대조구인 암면과 비교하여 폐우레탄 고무를 함유한 배지에서 장미의 생장은 생장초기에 thin brittle stem, 초기위조(incipient wilting)와 같은 stress 증상을 보였다. 그러나 수주 일 후에 식물은 stress에서 점점 회복되어 대조구(control substrate, 순수암면)와 비교하여 볼 때 차이를 보이지 않았다.
- FT-IR 그래프에서 보면 2950cm-1에서 C-H groupe 모든 시료에서 관찰할 수 있었으며, 1650cm-1부근에서 C=O group이 나타났고, 1250cm-1 부근에서 peak가 없어지는 것을 볼 수 있는데 이것은 가소제의 첨가에 따른 탈가교반응과 탈가교시 발생하는 저분자량 물질의 영향을 받아서 생긴 카르보닐 (C=O) group의 변화에 기인하는 것으로 생각된다. 또한 3330cm-1 부근에서 N-H(amine)의 발포제의 함량 증가에 따라 peak가 증가하는 것을 알 수 있었다.
- 않는 것을 알 수 있었다. 또한 장미 식재전 배지의 pH는 식물의 성장에 필요한 값보다 약간 높게 나타내었으나, 개화시 배지의 pH는 감소하여 장미의 성장에 적합한 상태로 안정화되는 것을 알 수 있었고, EC는 폐우레탄 고무를 함유하였을 경우 암면과 비교하여 낮게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이상과 같은 실험 결과로부터 양액 재배용 배지로서 폐우레탄을 재이용 할 수 있음을 알 수 있었다.
- Sonneveld와 Straver16에 의하면 암면 재배시 배지의 EC는 3dS · cm-1 정도가 적합하다고 보고하였다. 본 연구에서는 폐우레탄을 함유한 배지의 EC는 1.36dS· cm-1로 낮게 나타남을 알 수 있었다.
- 양액 재배용 배지의 구성요소로서 폐우레탄의 재활용에 관한 실험에서는 두 번에 걸친 장미생육조사 결과, 암면과 비교하여 큰 차이를 보이지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 장미 식재전 배지의 pH는 식물의 성장에 필요한 값보다 약간 높게 나타내었으나, 개화시 배지의 pH는 감소하여 장미의 성장에 적합한 상태로 안정화되는 것을 알 수 있었고, EC는 폐우레탄 고무를 함유하였을 경우 암면과 비교하여 낮게 나타나는 것을 알 수 있었다.
- 이 발포된 수지를 TGA와 DSC를 사용하여 열분석한 결과 Fig. 3의 TGA 그래프에서는 초기 분해 온도가 300℃ 부근에서 나타났으며, 발포제 함량에 따라 기울기가 약간 변한 것을 볼 수 있었고, Fig. 4의 DSC 그래프에서는 Tg가 RTPU 원료보다 약간 상승한 100℃ 부근에서 형성되었으며, 발포체들의 Tm은 275℃ 정도에서 나타났는데 발포제의 함량에 따른 차이가 거의 나타나지 않았고, 최종 분해온도는 발포제량이 많을수록 약간 높게 나타났다. 또, 모든 시료에 대하여 350℃ 이상에서 발열 peak가 나타나는 것은 RTPU의 압출 시 이미 전단에 의해 생긴 가교에 따른 것으로 판단된다.
- 또한 장미 식재전 배지의 pH는 식물의 성장에 필요한 값보다 약간 높게 나타내었으나, 개화시 배지의 pH는 감소하여 장미의 성장에 적합한 상태로 안정화되는 것을 알 수 있었고, EC는 폐우레탄 고무를 함유하였을 경우 암면과 비교하여 낮게 나타나는 것을 알 수 있었다. 이상과 같은 실험 결과로부터 양액 재배용 배지로서 폐우레탄을 재이용 할 수 있음을 알 수 있었다.
- 35로 감소하여 .장 미의 성장에 적합한 상태로 안정화되는 것을 알 수 있었다. 일반적으로 식물의 성장에 적합한 pH는 6.
- 장미 식재 전과 개화 시 배지의 pH와 EC를 살펴보면, 장미식재전 배지의 pH는 7.17~7.99로 약간 높은 값을 나타내었으나, 개화 시 배지의 pH는 5.7~6.35로 감소하여 .장 미의 성장에 적합한 상태로 안정화되는 것을 알 수 있었다.
- 2차 생육 조사(채화일 117~126일) 결과, 대조구인 암면과 비교하여 가지수는 증가하였으나, 초장과 생체중은 감소하는 것을 알 수 있었다. 장미의 개화 소요일수는 1, 2차 생육조사 결과 암면과 비교하여 큰 차이를 보이지 않는 것을 알 수 있었다.
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