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문제 정의
- 본 연구에서는 2002년에 환경관련법에서 ‘기타 재활용가능자원’으로 분류한 폐식용유와, 발생량에 비해 수거량이 적은 폐동물성 유지에11 대하여 친환경 박리 방지제로서의 가능성을 평가하였다.
제안 방법
- Table 2는 각 샘플의 접촉각 측정결과를 나타낸다. 7번의 Glass는 유리기판 위에 증류수를 떨어뜨린 후 접촉각을 측정하였고, 이를 이용하여 Wetting Energy를 계산하였다. 접촉각이 크고 에너지가 낮을수록 친수성이 작은 것을 의미한다.
- 5몰을 사용하였다. FT-IR (Spectrum100, Perkinelmer)과 1H NMR (Jeol, 400M Hz)을 사용하여 반응에 따른 작용기의 변화를 확인하였다.
- 대하여 친환경 박리 방지제로서의 가능성을 평가하였다. 그리고 작용기에 따라 총 네 종류의 아민화합물을 준비하여 각각 콩기름과 폐식용유 그리고 동물성 유지와 합성하여 작용기에 따른 물성의 변화를 관찰하였다.
- 박리방지제 합성 후 작용기의 변화를 관찰하기 위하여 FT-IR 스펙트럼을 측정하였다. Fig.
- Table 3에는 BBS test 결과인 박리방지제의 접착력(Bond Strength)과 수분저항성을 나타내었다. 박리방지제를 첨가한 아스팔트 바인더의 골재표면과의 접착력을 수분처리 전(unconditioned)과 후(conditioned)에 측정하고, 수분저항성은 수분처리 전 대비 후의 접착력 비(ratio)를 백분율(%)로 표시하였다. 이 비가 클수록 초기 접착력에 비해 수분 처리 후 접착력이 크게 변하지 않으므로 수분 저항성이 큰 것을 의미한다.
- 수분처리는 수조에 채운 물에 25 °C에서 48시간 동안 넣어 수분이 충분히 침투하도록 하였다.
- 아스팔트 포장의 손상을 줄이기 위한 첨가제로 본 연구에서 지방산과 아민화합물을 이용하여 아마이드계 박리방지제를 합성하였으며 BBS 시험을 통해 접착특성을 조사하였다. FT-IR과 NMR 측정 결과 반응생성물들은 모두 성공적으로 아마이드 결합이 형성되었음이 확인되었다.
- 유리 기판을 H2SO4에 담근 후 증류수로 씻어 불순물을 제거한 후, 100°C에서 각 시료를 도포하였고, 그 위에 증류수를 약 0.5 μL 씩 떨어뜨려 접촉각을 측정했다.
- 합성된 박리방지제에 대하여 수분과의 친화력을 확인하기 위하여 접촉각측정기를 이용하였다. 유리 기판을 H2SO4에 담근 후 증류수로 씻어 불순물을 제거한 후, 100°C에서 각 시료를 도포하였고, 그 위에 증류수를 약 0.
- 합성된 박리방지제의 골재와의 접착력 시험은 침입도 60-80, PG Grade 64-22인 아스팔트 바인더에 박리방지제 0.5 %를 첨가한 후 150 °C로 약 10분간 혼합하여 사용하였으며, Pneumatic Adhesion Tensile Testing Instrument (PATTI, National Institute of Standards and Technology)를 이용하여 아스팔트 접착력(BBS) 시험을 시행하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 지방산의 원료로 마트에서 구입한 콩기름(SO, soybean oil)과 폐식용유(WVO, waste vegetable oil) 및 정육점에서 폐기하는 돼지지방(AF, animal fat)를 사용하였고, 아민계 원료로는 KANTO 사의 ethylenediamine anhydrous (ED), TCI 사의 N,N′-bis (2-hydroxyethyl)ethylenediamine (HEED)을 사용하였다.
- 3은 콩기름과 각 아민화합물의 반응 생성물에 대한 1H-NMR 스펙트럼을 보여주며 그림 속에 아마이드결합과 인접한 수소를 표시하였다. 용매는 CDCl3를 사용하였다. 2.
성능/효과
- ED 반응생성물 시료들은 모두 HEED 반응생성물 시료들에 비해 평균 약 31 % 정도 더 높은 초기 부착력을 보였고 이는 접촉각 측정기의 측정 결과와 일치한다. 수분처리 후의 접착력은 ED 반응생성물들이 HEED 반응생성물들보다 평균 36 % 정도 우수하였다.
- 아스팔트 포장의 손상을 줄이기 위한 첨가제로 본 연구에서 지방산과 아민화합물을 이용하여 아마이드계 박리방지제를 합성하였으며 BBS 시험을 통해 접착특성을 조사하였다. FT-IR과 NMR 측정 결과 반응생성물들은 모두 성공적으로 아마이드 결합이 형성되었음이 확인되었다. BBS test 결과 반응생성물들은 모두 박리방지제로서의 우수한 성능을 나타내었다.
- 지방산 원료를 중심으로 보았을 때, 초기 접착력과 수분 저항성 모두 돼지기름과 폐식용유가 순수한 콩기름보다 우수하게 나타났다. 돼지기름은 포화지방산 약 41 %, 단일불포화 지방산이 약 47 %, 다가불포화 지방산이 약 12 %의 조성을 갖고 있어, 각각 15 %, 24 % 및 61 %의 조성을 갖는 콩기름에 비해 포화지방산 함량이 매우 높아 아스팔트바인더의 다양한 포화탄화수소 성분들과의 혼합 및 치밀한 채움이 용이하여 이러한 결과가 초래된 것으로 생각된다. 폐식용유의 경우도 반복된 열화과정을 통해 이중결합이 파괴되어 돼지기름과 유사한 특성을 지니게 된 것으로 예측된다.
- 반응에 사용된 2가지 아민원료 중에서는 ED가 더 우수한 초기접착력과 수분저항성을 보였으며, 초기접착력은 VO_ED가 가장 우수하여 약 3610 kPa를 보였으며 수분처리 후에도 약 3227 kPa 정도로 우수하였다. 수분처리 전후의 접착력 변화 즉 수분저항성에서는 AF_ED가 가장 우수하여 94 %를 나타내었다.
- 반응에 사용된 2가지 아민원료 중에서는 ED가 더 우수한 초기접착력과 수분저항성을 보였으며, 초기접착력은 VO_ED가 가장 우수하여 약 3610 kPa를 보였으며 수분처리 후에도 약 3227 kPa 정도로 우수하였다. 수분처리 전후의 접착력 변화 즉 수분저항성에서는 AF_ED가 가장 우수하여 94 %를 나타내었다. 절대적인 접착력과 수분저항성을 모두 고려했을 때 VO_ED 및 AF_ED가 매우 우수하였다.
- ED 반응생성물 시료들은 모두 HEED 반응생성물 시료들에 비해 평균 약 31 % 정도 더 높은 초기 부착력을 보였고 이는 접촉각 측정기의 측정 결과와 일치한다. 수분처리 후의 접착력은 ED 반응생성물들이 HEED 반응생성물들보다 평균 36 % 정도 우수하였다. 일반적으로 초기접착력이 클수록 수분처리 후의 접착력도 우수한 경향을 보였다.
- 수분처리 전후의 접착력 변화 즉 수분저항성에서는 AF_ED가 가장 우수하여 94 %를 나타내었다. 절대적인 접착력과 수분저항성을 모두 고려했을 때 VO_ED 및 AF_ED가 매우 우수하였다.
- 그러나 수분처리 전후의 접착력의 상대적인 비는 초기접착력과 반드시 비례하지는 않았으나, 대체로 초기 접착력에 비례하는 경향을 보였다. 지방산 원료를 중심으로 보았을 때, 초기 접착력과 수분 저항성 모두 돼지기름과 폐식용유가 순수한 콩기름보다 우수하게 나타났다. 돼지기름은 포화지방산 약 41 %, 단일불포화 지방산이 약 47 %, 다가불포화 지방산이 약 12 %의 조성을 갖고 있어, 각각 15 %, 24 % 및 61 %의 조성을 갖는 콩기름에 비해 포화지방산 함량이 매우 높아 아스팔트바인더의 다양한 포화탄화수소 성분들과의 혼합 및 치밀한 채움이 용이하여 이러한 결과가 초래된 것으로 생각된다.
- BBS test 결과 반응생성물들은 모두 박리방지제로서의 우수한 성능을 나타내었다. 특히 폐기물을 친환경 재료로의 사용 가능성을 확인하기 위하여 사용한 폐식용유, 동물유지를 사용하여 제조한 박리방지제들은 모두 순수한 콩기름보다 우수한 접착 특성을 나타내었다.
- 합성된 박리방지제는 시료별 차이는 있지만 박리방지제를 첨가하지 않은 아스팔트바인더의 평균 접착력 400 kPa 보다 약 5 배에서 9 배의 높은 초기 접착력을 나타내어 우수한 박리방지제로서의 가능성이 확인되었다.
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