Synthesis and Property of Watersoluble Polyurethane and Polyethylene-graft-acrylic acid Blend

김시영 부산대학교 2015 국내석사

본 연구에서는 강판코팅에 적용가능한 친환경적인 코팅수지를 개발하고자 하였습니다. 금속의 부식을 방지하기 위해 강판에 코팅되는 수지는 내식성과 가공성의 특성을 적절히 갖추어야 하므로 내식성 향상을 위해 내식특성과 강판과의 접착특성이 우수한 수지, 가공성 향상을 위한 유연하면서도 적당한 강도를 갖는 수지여야 합니다. 따라서 기계적 물성 조절이 용이하며 친환경적이나 건조속도가 느리고 내수성, 내약품성 면에서 취약한 물성을 보이는 수분산 폴리우레탄에 내약품성, 내수성 등이 우수한 수분산 polyethylene을 블렌드 시켜줌으로써 최종적으로 이 두 물질의 장점을 고루 갖춘 최적의 수지를 개발합니다. 폴리에틸렌의 선택은 밀도차이에 따라 LDPE, LLDPE, HDPE 3종을 선정하여 실험을 진행하였으며, 폴리에틸렌에 도입될 acrylate로 AA를 사용하였습니다. 이 후, WPU:WPE 비율이 100:0, 80:20, 60:40, 40:60, 20:80인 블렌드물을 정량하여 제조 하고 폴리에틸렌의 밀도 차이와 블렌드 비율의 차이에 따른 물성 변화를 확인 하였습니다. 기계적 물성 비교 시, 순수한 WPU film에 비해 WPE가 블렌드된 film의 경우 인장강도와 연신율의 감소가 나타났습니다. 또한 폴리에틸렌 밀도차이의 경우, 인장강도는 WHDPE의 경우가 다른 폴리에틸렌에 비해 적은 손실률을 보였습니다. 연신율은 WLDPE의 경우가 다른 폴리에틸렌에 비해 적은 손실률을 보였습니다. 수분흡수율은 순수한 WPU film에 비해 WPE가 블렌드된 film의 경우 우수한 내수성을 보였고, 특히 WPU:WPE blend 6:4의 비율에서 가장 우수한 내수성을 보였다. 이상의 결과를 토대로 수분산 폴리우레탄의 부족한 내수성을 폴리에틸렌을 블렌드함으로써 보완할 수 있었으며, 강판코팅용 수지로써 적용가능성 또한 확인 할 수 있었습니다. The introduction of waterborne polyurethane (WPU) as a coating material reduces the emission of volatile organic compounds (VOCs). And the coating resin on steel should have good adhesion and flexibility for improving the corrosion resistance. WPU resin with ionic group in the main chain has good mechanical strength and elasticity, but it has relatively lack of properties such as chemical and water resistance when compared to conventional resin. On the other hand, polyolefin has strong chemical and water resistance. So it was used as the blending material with WPU for the development of optimum coating resin on steel. Then in this study, WPU was synthesized by using poly(tetramethylene oxide glycol) (PTMG), 4,4'-methylenebis(cyclohexyl isocyanate) (H12MDI) and 2,2-dimethylol propionic acid (DMPA), 1-hexanol and trimethylamine(TEA). Next, polyethylene such as low density polyethylene(LDPE), linear low density polyethylene(LLDPE) and high density polyethylene(HDPE) is modified with acrylic acid(AA) for the preparation of waterborne polyethylene(WPE). And then, WPU:WPE was blended with different weight ratios such as 100:0, 80:20, 60:40, 40:60 and 20:80 by using polymer solution blend technique. When WPU was compared to blend samples blended three kinds of WPE, tensile strength and elongation at break decreased from all of the samples. We confirmed that the decrement of the tensile strength is different in order of WLDPE, WLLDPE and WHDPE at the same content of WPE. And the decrement of the elongation at break is different in order of WHDPE, WLLDPE and WLDPE at the same content of WPE. As test of water absorption, the water absorption ratio significantly decreased with the increase of WPE content. WPU:WHDPE(60:40) showed the best water resistance compared to other blend samples.

PE 이종 강관의 소화배관 적용을 위한 실험적 연구

박정화 가천대학교 대학원 2017 국내석사

본 연구는 현재 사용하고 있는 소화배관의 부식으로 인하여 발생하는 수계소화설비의 문제를 해결하기 위하여 개발한 PE(Polyethylene) 이종 강관을 수계소화설비 배관으로 적용할 수 있는지를 파악하기 위한 실제 화재 시험을 수행하였다. 개발된 이종 배관에 대한 관련 시험기준이 없어 국내외 기술자료 및 시험기준을 비교 분석하여 적합한 화재 시험기준을 선정하여 PE 이종 강관의 성능을 분석하였다. 따라서 본 배관의 성능시험에 채택한 화재 시험기준은 합성수지배관과 금속배관으로 두 가지의 화재 시험기준을 적용하였으며, 총 6차례의 화재 실험을 실시하여 배관성능을 평가하였다. 소방용 합성수지배관의 시험기준을 적용한 1, 2차의 화재 시험 결과 이음쇠와 배관에서 파손이나 변형이 없었으며 5분간 내압시험을 실시한 결과에서도 누수가 발생되지 않았다. 금속배관 시험기준을 적용한 화재 실험은 총 4회를 실시하였으며 1, 2차 실험은 습식 설비를 모사한 것으로 화재 시험 결과는 PE 이종 강관에서 누설이나 파열이 발생하지 않았으며 또한 PE 재질의 이탈 등 손상이 발생되지 않음을 확인하였다. 단, 건식 설비를 모사한 3, 4차의 화재 시험 결과 소화수가 방출되기 이전에 PE 이종 강관에서 파열, 변형 등의 손상이 발생하였다. 따라서 실험결과 습식 설비를 모사한 화재 시험의 경우 PE 이종 강관의 융착성, 변형, 파손 등 배관의 성능에 이상이 없음을 확인하였다. In this study, to figure out whether it is possible to apply the PE(Polyethylene) compound pipe, which is developed to solve the problem of water based fire extinguishing systems generated due to corrosion of fire protection piping currently in use, for the water based fire protection piping, we performed the actual mockup fire test. Since no test standard was available related to the developed compound pipe, we compared and analyzed domestic and international technical materials, test standards and selected suitable fire test standards, which were used to analyze the PE compound pipe performance. For the purpose of the fire test standard for this pipe performance, we applied two fire test standards for the CPVC pipe and the metallic pipe and performed a total of 6 times of experiments to evaluate the performance. By the result of the first and second fire test based on the test standard for the CPVC pipe, neither fitting nor piping was damaged or deformed, no leakage was observed from the pressure test, which was performed for 5 minutes. For the fire test based on the metallic pipe test standard, a total of 4 experiments were conducted. First two experiments were conducted to simulate the wet piping system. For the result of this fire test, Neither leakage nor rupture was observed from the PE compound pipe and no damage such as secession of the PE material was generated. However, from the next two experiments, which simulated the dry system, the PE compound pipe was damaged and ruptured including deformation before the fire fighting water was discharged. Therefore, we figured out that piping performance of the PE compound pipe was not deteriorated for the we wet piping system simulated fire test including fusion, deformation, and damage.

여러 가지 폴리에틸렌 수지의 물성에 미치는 가공조건과 재생수지함량의 영향

이정국 금오공과대학교 2016 국내석사

Polyethylene resins are most widely used in various purposes in the world. When it is processed to make products through extrusion, injection and blow molding etc, a small amount of recycled resin can be added to mix with the virgin material. At that time, according to the recycled resin contents and change of processing condition, the properties of products will be changed. To elucidate the effect of recycled material contents and processing conditions on the properties of polyethylene product, melt index, decomposition temperature, melting temperature, tensile strength, tensile modulus, and elongation at break were investigated in this study. The result indicates that the effect of processing condition and recycled resin content on the properties of various polyethylene resins were not so significant. It suggests that the recycled polyethylene resin may be reused for producing polyethylene products with the virgin polyethylene by extrusion and injection molding technique under conventional processing conditions.

Co 및 Mo 분산촉매를 이용한 열가소성수지의 저온열분해

박준규 충북대학교 2017 국내박사

The energy market is pursuing acceptable government policy in its own right for the purpose of energy security, diversification of energy sources and reduction of greenhouse gas emission from long-term perspective in addition to the economic aspects. Particularly in Korea, which is a resource-poor country, continuous investment and invest in recycling technology is required as part of this policy. This study investigated the conversion and the yields of oil products from polyethylene, polypropylene and polystyrene by using dispersed Co and Mo catalyst on reaction time and concentration change for knowledging of characteristics at low temperature (425, 450, 475 ℃) pyrolysis and reaction time(20∼80 min, 15 min interval) in a batch reactor. It will be showed the conditions for optimum pyrolysis at reaction temperature 450 ℃ and reaction time 65 min in the polyethylene, 50 min in the polypropylene, 35 min polystyrene. The main components of converted liquid oil from polyethylene and polypropylene were alkane, alkene and polystyrene were styrene and benzene derivatives by GC/MS. The oil products formed during pyrolysis were classified into gas, gasoline, kerosene, diesel and heavy oil according to the domestic specification of petroleum products. The conversion rate was showed as Mo catalyst > Co catalyst > Thermal in all reaction time at reaction temperature 450 ℃ in the case of polyethylene and polypropylene. but in the case of polystyrene showed as Co catalyst > Mo catalyst > Thermal. The conversion and product yields of thermoplastic resins were measured by varying the catalyst concentration of Co and Mo. The conversion of all resins was slightly increased but the effect was not significant. The yield of products was not influenced by the concentration change in products other than specific products(ex, gasoline, kerosene). The conversion rate and yields of the pyrolysis products in polyethylene and polypropylene were highest when Co and Mo catalyst ratio was 50:50. And the conversion rate and yields of the pyrolysis products in polystyrene was highest when Co catalyst ratio was 100 %

해양환경에서 다양한 수동형 채집장치를 활용한 다환방향족탄화수소 화합물 농도 측정

정해진 경상국립대학교 대학원 2023 국내박사

Among the various toxic organic compounds present in the environment, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), which are persistent organic pollutants, are introduced into the environment via various anthropogenic and natural sources such as the combustion of fossil fuels. These PAHs are finally introduced into the marine environment and continue to affect the marine organisms and humans. A study of environmental pollutants can determine environmental concentrations more precisely through the relatively recent development of the passive sampler. The passive sampler can effectively measure the freely dissolved concentration that can be directly used on living organisms among pollutants. In addition, it has the advantage of representing the concentration of the pollutants as a time-weighted average concentration, which is the average concentration during a deployment period. In this study, low-density polyethylene (LDPE) was used as a single-phase passive sampler. LDPE has been widely used as a tool for absorbing hydrophobic organic contaminants by various research groups due to its many physicochemical advantages over other passive samplers. In addition, it is used in global monitoring programs because it saves time, cost, and manpower compared to the conventional methods. In this study, three types of passive sampler were introduced according to the absorption mechanism of passive sampler applied to the atmosphere and marine environment. The first-generation passive sampler has based on kinetic absorption and consists of limiting and receiving phases. The second-generation passive sampler is based on equilibrium partition between two phases, uses performance reference compounds and consists of a single-phase membranes. The third-generation passive sampler uses towing and high-speed rotation to reach an equilibrium fast. In this study, second-and third-generation passive sampler devices applicable to seawater, sediment, and atmosphere were developed using LDPE and applied. The partition coefficient of domestic LDPE was determined to be log KPSW of 2.9–6.4, similar to those of the previous studies. Considering serious biofouling in seawater, the Stationary passive sampling device could be deployed only for less than 2 months. When LDPE was exposed to seawater near Tongyeong for 68 days, the freely dissolved concentration (Cfree) of 16 PAHs was found to be 3.5 ng/L. In addition, the Towed passive sampling device with improved sampling rate (RS) reached equilibrium 16 to 33 times faster than the Stationary passive sampling device. As a result of applying the Towed passive sampling device to the west and southern seas of Korea in 2019, the range of PAHs Cfree was 5.9–797 pg/L (mean = 188 pg/L). This was similar to the results of the study of the High-speed rotating passive sampler device performed in the same area and period. the proportion of Cfree in the dissolved phase was 1-4 %. A scuba diver installed a passive sampler in the marine sediment at Dongho Port, Tongyeong, to determine the PAH concentration in the pore water and sediment. In the case of the passive sampler retrieved from the sediment, the degree of equilibrium was decreased as the sediment depth increased. The concentration of 16 PAHs in the sediment measured with a passive sampler was 7,316 ng/g (dry wt. oc), which was 2 to 5 times higher than those of Ulsan Bay and Busan Bay. And the PAH concentration measured by the passive sampler was confirmed to be 57% of that measured Soxhlet extraction method. This reconfirmed that PAH compounds strongly adsorbed on organic matter such as black carbon in sediments were not well utilized by living organisms. In 2019 and 2020, an LDPE atmospheric passive sampler device was developed/applied during the surveys in the West and South Seas using ONNURI research vessels. The best sampling location for ocean atmospheric survey using vessels is the mast (above the bridge). For the protection of the LDPE sheet from heavy rain and strong winds, it is essential to manufacture an appropriate passive sampler device. For this purpose, an atmospheric passive sampler device was specially manufactured in this study and applied. In addition, special attention should be paid to the contamination of the passive sampler by exhaust gases from ship engines in the marine survey. The passive sampler method has the advantage of being able to analyze contaminants present in the marine environment simply at a low cost without using expensive and complicated equipment or additional power and maintenance. In addition, the passive sampler detects and analyzes Cfree at very low concentrations and can investigate environmental concentrations of pollutants on regional and global scales. Through this study, various types of LDPE passive sampling devices were developed and applied in the marine/atmospheric environment to confirm their utility and potential. 환경에 존재하는 다양한 독성 유기 화합물 중 난분해성 오염물질인 PAHs (Polycyclic aromatic hydrocarbons)는 사용을 제한할 수 없는 화석연료의 연소, 산불 등 다양한 인위적, 자연적 기원에 의해 환경에 유입된다. 이러한 PAHs는 최종적으로 해양환경으로 유입되어 서식생물과 인간에게 지속적으로 영향을 미친다. 환경 중 오염물질 연구는 비교적 최근에 개발된 수동형 채집기(Passive sampler)를 통하여 더 정밀한 환경농도를 확인할 수 있다. 수동형채집기는 오염물질 중 생물에게 직접적으로 이용될 수 있는 자유용존상(freely dissolved) 농도를 효과적으로 측정할 수 있다. 또한, 특정 기간의 평균적인 농도인 시간가중평균농도(TWA, Time-weighted average concentration)로 환경의 농도를 나타내는 이점을 지닌다. 본 연구에서는 단상(Single phase)의 수동형채집기로 저밀도폴리에틸렌(LDPE)를 사용하였다. LDPE는 다른 수동형채집기보다 많은 물리화학적 장점으로 여러 연구 그룹에서 HOC (Hydrophobic organic contaminants)를 흡수하기 위한 도구로 다양하게 사용되었다. 그리고 전통적인 분석법에 비해 시간, 비용, 노동력을 절감할 수 있어 세계적인 모니터링 프로그램에서도 사용되고 있다. 본 연구에서는 대기와 해양환경에 적용되는 수동형채집기의 흡수방식에 따라 3가지 구분법을 제시하였다. 1세대 수동형채집기는 동력학적(Kinetic) 방식의 흡수 기준을 가지며, 제한상(Limiting phase)과 수용상(Receiving phase)이 존재 한다. 2세대 수동형채집기는 평형, 분배방식의 흡수를 기준으로 하며, 실행보정물질(Performance reference compounds)과 단상(Single phase)의 멤브레인을 사용한다. 3세대 수동형채집기는 평형을 능동적으로 조절하기 위해 예인, 고속회전 등의 방법을 사용한다. 본 연구에서는 LDPE를 사용하여 해수, 퇴적물, 대기에 적용 가능한 2,3세대 수동형채집 장치를 개발하여 해양환경에 적용하였다. 국내 LDPE의 분배계수는 log KPSW 2.9 ~ 6.4 로 기존의 문헌과 유사하였다. 해수에서의 생물부착을 고려하였을 때 고정식 수동형채집기의 노출기간은 1 ~ 2 개월이 적당하였다, LDPE를 통영 인근 해수에 68일 동안 노출하였을 때 16 PAHs 화합물의 자유용존상 농도는 3.5 ng/L로 확인되었다. 그리고 샘플링속도(RS, Sampling rate)를 향상시킨 예인식 수동형채집 장치는 고정식 수동형채집기보다 16 ~ 33배 더 빠르게 평형에 도달하였다. 예인식 수동형채집 장치를 2019년 한국의 서해, 남해 해역에 적용한 결과, 해수 중 PAHs Cfree 농도범위는 5.9 ~ 797 pg/L (mean = 188 pg/L)이며, 용존상 PAHs 농도의 1 ~ 4% 수준으로 동일 지역과 기간에 수행한 고속회전식 수동형채집 장치의 연구결과와도 유사한 값을 보였다. 통영 동호항의 해양퇴적물에 스쿠버다이버가 수동형채집기를 설치하여 공극수와 퇴적물의 PAHs 농도를 확인하였다. 퇴적물에 설치한 수동형채집기는 깊어질수록 평형도달 정도가 감소하였다. 수동형채집기로 측정한 퇴적물의 16 PAHs 농도는 7,316 ng/g (dry wt. oc)이며, 울산만, 부산만에 비해 2 ~ 5 배 높은 농도를 보여주었다. 그리고 수동형채집기로 측정한 농도는 기존의 속실렛추출법(Soxhlet extraction)으로 측정된 퇴적물 16 PAHs 농도의 57% 수준으로 확인되었으며, 이는 퇴적물 속 블랙카본과 같은 유기물에 흡착된 PAHs 화합물이 직접적으로 생물이용이 어렵다는 것을 재확인하였다. 2019년과 2020년 온누리호 연구선을 활용한 서,남해 조사 중 LDPE 대기형 수동형채집 장치를 개발/적용하였다. 선박을 이용한 해양대기조사에서 가장 좋은 채집 위치는 마스트(브릿지 위)이며, 강우와 강한바람으로부터 LDPE sheet를 보호하기 위해서는 적절한 수동형채집 장치 제작이 필수적이다. 이를 위해 본연구에서는 대기형 수동형채집 장치를 특수제작하여 활용하였다. 또한, 선박을 이용한 해양조사에서는 선내의 높은 농도로부터 수동형채집기의 오염을 각별히 주의해야한다. 수동형채집기법은 비싸고 복잡한 장비를 사용하거나 추가적인 전력 및 유지보수가 없이 단순하고 저렴한 비용으로 해양환경에 존재하는 오염물질 분석이 가능한 장점이 있다. 그리고 수동형채집기는 Cfree를 매우 낮은 농도로 검출, 분석하며, 지역적, 세계적 규모의 오염물질 환경농도를 조사할 수 있다. 본 연구를 통해 해양/대기 환경에서 다양한 종류의 LDPE 수동형채집 장치를 개발/적용함으로 그 효용성과 잠재력을 확인하였다.

접지를 이용한 가스 폴리에틸렌관 관말 탐사 방법 개발

김기완 연세대학교 공학대학원 2012 국내석사

본 연구는 가스용 폴리에틸렌관의 관말 부 탐사불가 해결 방법에 관한 연구로 기존의 가스배관 탐사 시 관말 부분의 탐사불가 문제점을 해결하기 위해 탐사장비 원리를 이해하고 시공방법 개선을 통해 탐사 가능 방법을 제시하였다. 배관에 미세전류를 흘려 생성되는 자기장을 가지고 배관의 위치를 탐지하는 전자 유도식 탐사 장비 중 기존의 장비에선 감도 값을 수치로 확인 할 수 없고 탐사와 접지의 상관관계에 대한 데이터도 없었다. 본 연구에 사용되는 Sure-Lock 장비는 탐사 시 필요한 접지의 감도가 수치화 되어 관말 부로 갈수록 장비 수신기 액정에 나타나는 접지 감도 수치 값이 급격이 감소하고 기존 탐사불가 배관을 분석한 결과 PLP에 비해 미세전류 흐름이 부족한 PE 배관에서 탐사불가 배관이 많다는 것을 알 수 있었다. 이런 점을 감안하여 접지감도를 향상을 위해 주변시설물 접지 감도 값을 분석하여 수치화 하였고, PE 배관의 접지면적(배관연장)에 따라 전류의 흐름의 변화가 결정됨으로, 탐사 전류의 흐름을 제어할 수 있다고 나타났다. 또한, 접지를 넓히기 위해 관말 부 로케팅 와이어의 피복을 최소 30cm이상 벗겨 철심에 5회 이상 감고, 땅속에 접지함으로 관말 부 탐사가 가능한 것으로 나타났다. 이 실험은 파주지역 신규 PE배관 매설 현장에서 시행하였고, 관말 부 탐사불가 배관 해결 방법과 전류의 흐름을 제어하여 효율적인 탐사 방법을 제시하였다. 본 논문에서 제시한 접지를 이용한 탐사 방법의 개발은 지하시설물 중 비금속성 관로에 적용함으로 보다 효율적이고 정확한 탐사가 이루어질 것이며, 타 지하시설물 탐사에도 적극 활용 될 것이다.