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문제 정의
- 그러나 자망, 통발어구는 어선과 함께 운용되는 선망이나 예망어구보다 유실될 확률이 높다고 알려져 있다. 따라서 이 연구에서는 일정기간 경과되면 수중의 미생물에 의해 분해되는 자망, 통발용 그물감을 개발하기 위해 생분해성 수지로 알려진 PBS로 자 망용 2종, 통발용 1종의 그물실을 방사하였다.
- 이 연구에서는 어업에서 자망과 통발용으로 사용 빈도가 높은 PA 및 PE 그물감을 생분해로 대체하기 위하여 PBS 수지를 이용하여 monofilament를 연속적으로 방사하기 위한 가공 특성을 최적화 시키는 한편 굵기가 다른 PBS monofilament 3종을 방사하여 각각의 물리적 특성을 분석하고, 기존 자망용 PA와 통발용 PE monofilament의 물리적 특성과 비교하여 그 실용 가능성을 검토하였다.
제안 방법
- 그물실의 강도, 신장률 및 탄성 신장도 실험은 정속 인장식 장력계(Instron 4204, USA)를 사용 하였다. 유연도 측정 장치는 직물의 강연도 시험방법(KSK 0538, 1996)에 준하여 Fig.
- 시료의 인장시험은 클램프 간격 400mm, 인장속도 400mm/min로 하였다. 그물실의 직선과 매듭강도는 상, 하 클램프 부근과 매듭이 없는 곳에서 절단된 불량 시료 자료는 기각하였으며, 그물실의 중앙과 매듭에서 절단되는 시료만 20회씩 측정하여 평균하였다.
- 시험 시의 실내온도는 20±2℃, 상대습도는 65±2%였으며, 습시상태의 시험은 시료를 실온에서 24시간 동안 증류수에 침지한 후 측정하였다.
- 2의 유연도계로 측정하였다. 시험은 시료마다 건, 습시에서 각각 20개씩 측정하여 평균하였으며, 압축 속도는 2mm/sec 였다.
- 유령어업을 최소화하고 해양생태계를 보호하기 위하여 미생물에 의해 분해되는 자망과 통발용 그물실을 방사하여 물리적 특성을 분석하였다. 이 연구에서의 방사온도와 냉각수 온도는 각각 180℃, 3℃로 하였고, 생분해성 PBS monofila ment의 권취속도는 약 100m/min였다.
- 유연도 시험은 지름 4cm의 원통에 시료를 20회 감아서 테이프로 양 끝단을 고정시킨 다음 원통에서 벗긴 후 Fig. 2의 유연도계로 측정하였다. 시험은 시료마다 건, 습시에서 각각 20개씩 측정하여 평균하였으며, 압축 속도는 2mm/sec 였다.
- 유령어업을 최소화하고 해양생태계를 보호하기 위하여 미생물에 의해 분해되는 자망과 통발용 그물실을 방사하여 물리적 특성을 분석하였다. 이 연구에서의 방사온도와 냉각수 온도는 각각 180℃, 3℃로 하였고, 생분해성 PBS monofila ment의 권취속도는 약 100m/min였다. PBS monofilament의 굵기를 φ0.
- 47인 PBS 수지를 이용하여 220℃전후에서 용융 방사되었으며, 토출 즉시 6－8℃의 냉각수에 단시간 침적시키면서 5:1로 연신되었고, 이때의 시료의 강도 및 신장률은 각각 PA의 50%, 120%로써 자망용 그물실로 사용하기에는 미흡 하였다. 이를 보완하기 위해 많은 시행착오 끝에 MI 값을 0.47에서 3.0이 되도록 PBS 수지를 새로 중합한 후 방사온도와 냉각수 온도를 각각 180℃, 3℃로 조절하고, 연신비를 6.2:1로 방사하였다. 방사시의 권취 가닥수는 처음 12가닥에서 24가닥으로 작업성능을 향상시켰으며, 이 때의 권 취속도는 100m/min였다.
- 방사온도의 상승은 방사 비용의 증대를 유발할 수 있으나, 수지의 MI 값의 상향은 방사 온도를 낮추어 경제적으로 방사할 수 있는 장점을 갖고 있다. 이에 따라 이 연구에서는 MI 값을 0.47에서 3.0이 되도록 PBS 수지를 새로 중합하여 방사온도와 냉각수 온도를 하향 조절하는 대신 연신비를 상승시키는 방안을 채택하였다. 방사온도는 1차 보다 40℃ 낮은 180℃로 방사한 후 토출 즉시 3℃내외의 냉각수에 침적시켜 고체화 시킨 후 연신하였다.
- 탄성 신장도는 초기의 시료 길이(L0)를 측정한 후 신장률 5－15%에서 0.5%씩 증가시키면서 시험한 후 시료 길이(L1)를 측정하여 L0와 L1의 길이가 서로 상이하기 시작할 때의 강도와 신장률을 시료마다 20회씩 측정하여 평균하였다.
대상 데이터
- PA monofilament는 Polyamide resin 75%와 Copolymer 25%를 250℃에서 중합한 후 6:1로 연신하여 방사한 Nylon 6이며, PE monofilament는 Polyethylene resin 95%와 황색 무기안료 5%를 중합하여 5:1로 연신되었다. PBS 수지는 (주)이래화학의 용융 흐름도 지수(melting flower index, MI)의 값이 3.0인 G4560이 사용되었다. PBS monofilament φ0.
- 시험에 사용한 시료의 제원은 Table 1과 같다. 시료는 PA, PE 및 PBS 등 3종이며, 2007년 3월에 모두 monofilament로 방사하였다. PA와 PE monofilament는 기존 어업인들이 사용하고 있는 그물감으로 전자는 자망용, 후자는 통발용이다.
이론/모형
- 건시 및 습시 상태에서 그물실의 직선 강도 및 신장률은 KSK 0409(2006), 매듭강도 및 신장률은 KSK 0412(2005) 시험법을 이용하였다. 시험 시의 실내온도는 20±2℃, 상대습도는 65±2%였으며, 습시상태의 시험은 시료를 실온에서 24시간 동안 증류수에 침지한 후 측정하였다.
- 그물실의 강도, 신장률 및 탄성 신장도 실험은 정속 인장식 장력계(Instron 4204, USA)를 사용 하였다. 유연도 측정 장치는 직물의 강연도 시험방법(KSK 0538, 1996)에 준하여 Fig. 2와 같이 제작하였다. 레일의 이동 속도는 0－10mm/sec, 측정값은 0.
성능/효과
- PBS monofila ment φ0.30mm의 습시 직선강도는 PA의 81.8%였으며, 습시의 유연도는 PA 보다 3배정도 떨어졌다.
- PBS monofilament φ0.30mm 및 φ0.40mm의 탄성 신장도는 각각 10%(1.1kg), 8%(1.9kg)로써 PA monofil ament φ0.29mm 및 φ0.41mm 보다 모두 1%씩 큰 경향을 보인 반면, 하중은 각각 0.7kg, 0.1kg 작은 경향을 보였다.
- PBS monofilament φ0.40mm의 탄성 신장 도는 8.0%로 PA 7%보다 1% 더 좋았으며, 습시의유연도는 PA 보다 1.6배정도 적었다.
- 6배 좋았으나 PA 보다는 모두 나빴다. PBS, PE 및 PA의 습시 매듭강도는 건시보다 각각 1.5－2.7%, 6.4%, 4.6－5.8% 감소하였다. 습시 신장률은 PBS 및 PE의 경우 건시와 유사하였으나, PA는 33.
- 8% 약해졌다. PBS, PE 및 PA의 습시 직선 강도는 건시보다 각각 2.4－5.4%, 5.2%, 12.8－13.0% 감소하였다. PBS의 건시 신장률은φ0.
- 6% 감소하는 것으로 나타났으며, 굵기와 감소율과의 상관관계는 나타나지 않았다. PE 및 PA의 매듭강도 및 신장률도 PBS와 동일하게 직선강도 보다 감소하는 경향을 보였으며, 굵기와 감소율과의 상관관계는 나타나지 않았다.
- Table 1과 2에서 PBS monofilament φ0.20mm, φ0.30mm 및 φ0.40mm의 건시 매듭강도는 직선 강도 보다 각각 2.6%, 12.2%, 24.9%, 습시에서는각각 1.6%, 12.5%, 23.7% 감소하는 것으로 나타나 굵기가 커질수록 감소율이 증가하는 것으로 나타나 굵기가 커질수록 감소율이 증가하는 것으로 나타났다.
- Table 2에서 PBS의 건시 매듭강도는 φ0.20mm를 기준으로 φ0.30, 0.40mm로 커질 때, 각각 19.0%, 8.6% 강해졌으며, φ0.30에서 0.40mm로 굵어질 때의 매듭강도는 8.7% 약해졌다.
- 갑각류 자망용 PBS monofilament φ0.40mm 와 기존 PA monofilament φ0.41mm의 물리적 특성을 비교해 보면, PBS의 매듭강도와 신장률은 PA보다 건시에서 각각 26.5%, 37.1%, 습시에서 각각 24.1%, 52.3% 낮은 수준으로 나타났다.
- 7% 증가하였다. 굵기가 유사한 PBS의 건시 신장률은 PE보다 1.4배 좋았으며, PA와 비교할 때는 0.30mm인 경우에는 좋았으나 0.40mm인 경우에는 나빴다. 습시 신장률은 PBS 및 PE인 경우 건시보다 각각 4.
- 그리고, 그물 통발용으로 방사된 생분해성 PBS monofilament φ0.20mm의 물리적 특성을 보면, 건·습시의 직선강도는 각각 PE의 84.0% (35.26kg/mm2), 83.8%(33.34kg/mm2), 건·습시의 매듭강도는 각각 PE의 98.6%(34.33kg/mm2),100.6%(32.79kg/mm2)로 양자의 강도 차이가 미미하였다.
- 대게 자망용으로 방사된 생분해성 PBS monofilament φ0.40mm의 건시 직선강도는 49.7kg/mm2(6.2kg)으로 상기 연구 결과 의 monofilament 강도보다 적었으나 multifilament 210Td/24F×3의 강도보다 크게 나타났다.
- 고분자 섬유는 MI 값이 클수록 유동성이 증가하기 때문에 방사온도를 낮출 수 있으며, 동일한 MI 값을 갖는 수지에서는 방사온도가 증가할수록 강도가 증가하고 신장률은 감소하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이 연구에서는 1차 시료의 강도를 보완하기 위해 방사온도의 상승보다는 MI 값을 개선하여 방사하는 것이 타당하다고 사료되었다. 방사온도의 상승은 방사 비용의 증대를 유발할 수 있으나, 수지의 MI 값의 상향은 방사 온도를 낮추어 경제적으로 방사할 수 있는 장점을 갖고 있다.
- 7% 감소하는 것으로 나타나 굵기가 커질수록 감소율이 증가하는 것으로 나타나 굵기가 커질수록 감소율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 건시 매듭 신장률은 직선 신장률 보다 각각 7.8%, 49.5%, 30.7%, 습시에서는 각각 2.7%, 46.1%, 25.6% 감소하는 것으로 나타났으며, 굵기와 감소율과의 상관관계는 나타나지 않았다. PE 및 PA의 매듭강도 및 신장률도 PBS와 동일하게 직선강도 보다 감소하는 경향을 보였으며, 굵기와 감소율과의 상관관계는 나타나지 않았다.
- 생분해성 PBS monofilament 1차 그물실은 MI 값이 0.47인 PBS 수지를 이용하여 220℃전후에서 용융 방사되었으며, 토출 즉시 6－8℃의 냉각수에 단시간 침적시키면서 5:1로 연신되었고, 이때의 시료의 강도 및 신장률은 각각 PA의 50%, 120%로써 자망용 그물실로 사용하기에는 미흡 하였다. 이를 보완하기 위해 많은 시행착오 끝에 MI 값을 0.
- 8% 감소하였다. 습시 신장률은 PBS 및 PE의 경우 건시와 유사하였으나, PA는 33.6－35.9% 증가하였다. 어류 자망용으로 방사된 생분해성 PBS monofilament φ0.
- 40mm인 경우에는 나빴다. 습시 신장률은 PBS 및 PE인 경우 건시보다 각각 4.8－6.8%, 2.6% 감소하였으나, PA는 건시보다 13.5－28.6% 증가하였다. 건시에 대한 습시의 강도 및 신장률의 감소율은 PBS 및 PE 보다 PA 에서 높게 나타났다.
- 어류 자망용으로 방사된 생분해성 PBS monofilament φ0.30mm와 기존 PA monofilament φ0.29mm의 물리적 특성을 비교해 보면, PBS의 매듭강도와 신장률은 PA보다 건시에서 각각 25.7%, 12.7%, 습시에서 각각 21%, 35.3% 낮은 수준으로 나타났다.
- 이 때의 시료의 강도 및 신장률은 각각 PA의 50%, 120%로써 자망·통발용 그물실로 사용하기에는 미흡하다고 사료되었다.
- 이 연구에서 개발 방사된 PBS monofilament의 직선강도, 매듭강도, 신장률 및 유연도는 건시보다 습시에서 다소 감소하나 그 차이가 적은 것으로 나타났다. 그 원인은 PBS의 수분 흡수율이 작기 때문이라고 사료된다.
- 이를 토대로 습시상태에서 PBS monofilament φ0.30mm 및 φ0.40mm의 유연도는 PA에 비해 각각 3배, 1.6배 정도 적은 것으로 나타났다.
- (2000)이 1% 미만이라고 보고한 바 있다. 이에 비해 PA의 습시 직선강도는 건시보다 12.8－13.0% 감소하여 그 폭이 PBS보다 컸으며, 신장률은 건시보다 습시에서 13.5－28.6% 증가하는 것으로 나타났다. PA의 이러한 물리적 특성은 Ko et al.
- 통발용으로 방사된 생분해성 PBS monofilament φ0.20mm와 기존 PE monofilament φ0.22mm의 물리적 특성을 비교해 보면, 건시에서 PBS의 매듭 강도는 PE보다 1.4% 적게 나타났으나, 습시에서의 PBS 매듭강도 및 신장률은 PE보다 각각 0.6%, 272.5% 높게 나타났다.
후속연구
- 따라서 이 연구에서 자망용으로 방사된 PBS monofilament φ0.30mm 및 φ0.40mm의 유연도를 개선한다면 실용 가능성이 높을 것으로 사료되며, 이에 대해서는 지속적으로 유연제를 개발하면서 물리적 특성을 개선해 나가야 할 것으로 사료된다.
- 방사속도는 생산성을 향상시키지만 작업의 안정성 확보를 위해서는 섬유에 따른 방사온도, 균일한 토출과 냉각, 냉각시 체류시간, 마찰의 최소화, 권취기술 등이 수반되어야 한다. 따라서 이러한 제반 요건을 고려할 때, PBS monofilament의 물리적 특성과 방사속도는 향후 방사기술의 개선에 의해 좌우될 것으로 사료된다.
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