식물성 바이오매스로부터 바이오디젤 생산에 대한 LCA 연구 현황

서봉국(Bongkuk Seo),송승구(Seung Koo Song) 한국생물공학회 2010 KSBB Journal Vol.25 No.1

기존 화석연료를 대체할 수 있는 수송연료로서 바이오 디젤은 유해물질 배출을 줄일 수 있어 친환경 에너지로 기대를 모으고 있다. 바이오디젤 관련 기술 개발 방향을 설정하고 제도적 지원을 위해서는 바이오 디젤의 친환경 특성 및 경제성 등에 대한 보다 정량적이고 정성적인 평가가 필요하며, 바이오디젤 생산과정에서 지구 온난화 지수, 에너지 소비, 생산비용, 생산기술 및 feedstock에 대한 LCA 분석 연구를 통해 보다 체계적인 환경 및 경제성 평가가 가능하였다. Feedstock에서부터 연료사용에 이르기까지의 바이오 디젤 LCA 평가와 관련한 많은 연구에서 feedstock 생산과정의 온실가스 배출량과 에너지 소비가 전체 환경 및 경제성 평가 수치의 50-80% 범위를 차지하여, 가장 큰 주요 기여 인자가 되었다. 경제성 측면에서는 초임계 메탄올 공정을 이용하여 폐식용유로부터 바이오디젤을 생산하는 과정이 현실적으로, 기술적으로 가장 유리하였다. 향후, 바이오 연료 시장을 보다 확장하고 보다 광범위하게 사용하기 위해서는 바이오디젤의 물성개선을 비롯하여 원료에 대한 식량 과의 논쟁을 피하기 위한 지속가능한 원료확보 관련 연구도 수행되어야만 할 것이다. Biodiesel is a type of biofuel obtained from bioresources and able to use in diesel vehicles as an alternative/ additive to petro diesel. In recent biodiesel research, there are three main issues which include high quality biodiesel, low cost feedstock and a highly efficient biodiesel production process. The sustainable production and use of biodiesel are attracting much attention in the renewable energy field. In this paper, we review some of the literatures related to environmental and economic evaluation for biodiesel production and analysis the issues including life cycle assessment (LCA), global warming potential (GWP), energy consumption, biodiesel production cost, production technologies and feedstock.

Preparation and Gas Permeation Properties of Silica Membranes on Porous Stainless Steel-Tube Supports

이혜련,서봉국,Lee, Hye Ryeon,Seo, Bongkuk The Membrane Society of Korea 2014 멤브레인 Vol.24 No.3

본 연구에서 고투과도를 갖는 실리카 분리막은 콜로이달 실리카 졸과 고분자형 실리카 졸 두 가지를 DRFF법과 SRFF법으로 다공성 금속 지지체 위에 코팅하여 제조되었다. 실리카 졸은 졸-겔법으로 테트라에톡시실란(TEOS)에 의하여 제조되었고, 각각의 졸은 동적광산란법(DLS), 전계방사 주사전자현미경(FE-SEM), 질소 흡착법 등을 이용하여 그 특성을 평가하였다. 다공성 금속 지지체위에 콜로이달 실리카 졸로 중간층을 형성하여 치밀한 구조의 실리카 층을 형성한 후 그 위에 분리층으로 고분자형 실리카 졸을 코팅하여 핀홀을 줄이는 방법으로 기체분리용 분리막을 제조하였다. FE-SEM으로 분리막의 코팅 층을 분석한 결과 분리층은 중간층보다 침밀한 구조를 가지고 있음을 확인하였고 기체투과 결과 수소 투과도 $(6.63-9.21){\times}10^{-5}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$ 분포를 보였다. Silica membranes with high permeability were prepared using colloidal and polymeric silica sols on a porous stainless steel-tube support by a DRFF and SRFF method. Silica sols were derived with tetraethylorthosilicate (TEOS) by sol-gel method and analyzed with DLS, FE-SEM, and $N_2$ adsorption. The coating of the intermediate layer with colloidal silica sol on the stainless steel-tube support led to a denser surface morphology of the membrane along with a considerable reduction in the number of surface defect. As the polymeric silica sol enclosed the colloidal silica sol with spherical particles during the SRFF method, the separation-layer-coated silica membrane showed a denser surface than the intermediate layer. Moreover, the silica membranes showed high hydrogen gas permeability of $(6.63-9.21){\times}10^{-5}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$ with low $H_2/N_2$ perm-selectivity (2.9-3.1) at room temperatures.

실리카-지르코니아 분리막 성능에 대한 다공성 지지체와 중간층의 영향

이혜련,서봉국,Lee, Hye Ryeon,Seo, Bongkuk 한국막학회 2015 멤브레인 Vol.25 No.1

In this study, porous metal (O.D. = 10 mm, length = 10 mm, 316 L SUS, Mott Corp.) and ${\alpha}$-alumina tube (O.D. = 10 mm, length = 50 mm, Pall, German) support was modified with suspension sols, which were consisted of $3{\sim}4{\mu}m$ and 150 nm size of ${\alpha}$-alumina particle in the water or silica-zirconia colloidal sol. The porous support was fabricated by dip coating method for 5 seconds with suspension of alumina particles. After drying at $100^{\circ}C$ for 1 h, it was calcined at $550^{\circ}C$ for 30 min. It was repeated several times in order to decrease big pore on support. The surface roughness and largest pore size on the porous support was decreased by increasing coating times with $3{\sim}4{\mu}m$ size of ${\alpha}$-alumina particle and alumina coating with 150 nm size of ${\alpha}$-alumina particle served as further smoothening the surface and decreasing the pore size of the substrate. And the silica-zirconia membranes were successfully prepared on the modified porous metal and ${\alpha}$-alumina supports, and showed hydrogen permeance in the range of $1.8-8.4{\times}10^{-4}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$ and $3.3-5.0{\times}10^{-5}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$, respectively. 본 연구에서는 기공의 크기가 큰 다공성 지지체를 $3{\sim}4{\mu}m$, 150 nm의 크기를 갖는 ${\alpha}$-알루미나 입자를 물과 실리카-지르코니아 용액에 각각 분산시키는 방법으로 표면 개질을 하였다. $3{\sim}4{\mu}m$ 크기의 알루미나 입자가 분산된 용액을 이용하여 금속 지지체 및 알루미나 지지체에 코팅하였을 때, 코팅횟수가 증가할수록 지지체의 표면의 큰 기공이 감소하였고, 여기에 150 nm 크기의 알루미나 입자가 분산된 용액으로 추가 코팅을 하면 작은 크기의 알루미나 입자가 기공 사이사이에 들어가면서 지지체를 좀 더 매끄럽게 개질하는 역할을 하는 것을 확인하였다. 특히 실리카-지르코니아 용액을 분산매로 하여 표면 개질을 한 경우, 알루미나 입자가 실리카-지르코니아 층에 촘촘하게 박힌 모양으로 고정이 되어 지지체 개질에 효과적임을 확인하였다. 이러한 방법으로 제조된 실리카-지르코니아 분리막의 기체투과도는 상온에서 각각 $1.8-8.4{\times}10^{-4}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$, $3.3-5.0{\times}10^{-5}mol{\cdot}m^{-2}{\cdot}s^{-1}{\cdot}Pa^{-1}$이며 수소/질소 선택도는 Knudsen 분포를 보였다. 표면 개질된 지지체에 다양한 분리층을 형성하는 방법으로 무기 분리막 응용에 이용할 수 있을 것으로 예상된다.

철산화물과 텅스텐으로 표면 처리된 보론카바이드를 포함하는 에폭시 조성물의 열적·기계적 물성

김태희 ( Taehee Kim ),이원주 ( Wonjoo Lee ),서봉국 ( Bongkuk Seo ),임충선 ( Choong-sun Lim ) 한국접착및계면학회 2018 접착 및 계면 Vol.19 No.3

보론카바이드는 하드니스가 다이아몬드나 보론 나이트라이드 보단 낮지만 30 GPa이상의 높은 경도를 갖고 있으며, 높은 경도로 인해 탱크 장갑, 탄피 제조에 사용되고 있다. 또한 중성자를 흡수하는 능력이 있어 중성자 흡수제로 많이 사용되고 있어, 핵 발전 관련 사업에 활용도가 증가하고 있다. 중성자는 전자와의 상호작용이 없으며, 물질을 통과하는 과정에서도 상호작용 없이 통과하는 것으로 알려져 있다. 보론 카바이드와 함께 중성자와 상호작용이 높은 원자는 수소이며, 보론을 포함하는 수소 농도가 높은 폴리에스터, 에폭시 고분자 등이 원자력 발전 폐기물 보관을 위한 제품 제조를 위한 소재로 사용되고 있다. 본 논문에서는 보론 카바이드의 표면을 철산화물과 텅스텐으로 처리하여, 개질된 보론 카바이드와 에폭시 소재와의 상호작용을 향상시켰다. XRD, XPS를 이용하여 표면개질 되었음을 확인하였고, 처리된 보론카바이드의 함량에 따른 기계적 강도는 만능시험기(UTM)로 측정하였으며, 동역학 분석기(DMA)를 사용하여 경화물의 동적 특성을 관찰하였다. Boron carbide is lower in hardness than diamond or boron nitride but has a hardness of more than 30 GPa and is used for manufacturing tank armors and ammo shells due to its high hardness. It is also used as a neutron absorber due to its ability to absorb neutrons, which is increasing its use in nuclear power projects. Neutrons have no interaction with electrons and are known to pass through the material without interactions. Along with boron carbide, the atoms with high interaction with neutrons are hydrogen, and high hydrogen concentration polyesters and epoxy polymers including boron are used as materials for manufacturing products for nuclear power generation waste. In this paper, the surface of boron carbide is treated with iron oxide and tungsten to improve interaction between modified boron carbide and epoxy polymer. XRD and XPS were used to confirm that iron oxide and tungsten are well attached on the surface of boron carbide, respectively. The mechanical strength of the surface treated boron carbide was measured by a universal testing machine (UTM) and the dynamic characteristics of the cured product were observed by using a dynamic analyzer (DMA).

수용성 접착제 경화 공정용 제습 막 건조기 시스템의 효과

유서윤 ( Seoyoon Yu ),임충선 ( Choong-sun Lim ),서봉국 ( Bongkuk Seo ) 한국접착및계면학회 2016 접착 및 계면 Vol.17 No.2

수용성 접착제의 경화 공정은 일반적으로 열풍건조기를 대부분 사용하고 있다. 열풍건조기는 열에 의해서만 수용성 접착제를 경화시키는 방법으로서, 충분한 경화를 위해 100°C 이상의 높은 온도와 최소 20 min 이상의 경화 공정을 요구하는 단점을 가지고 있다. 경화 과정 중에 온도가 너무 높을 경우, 접착제의 점도가 낮아져 접착에 방해가 될 수 있으며, 경화 과정 중에 발생하는 수분에 의해 경화 조건이 일정하게 유지되기 어렵다. 본 연구에서는 제습 막 건조기 시스템을 활용하여, 수용성 접착제의 경화 공정을 일정하게 유지시키고 공정 중의 제습을 통해 건조공기의 공급으로 경화시간을 단축하고자 한다. 제습 막 건조기 시스템을 활용한 최적의 경화 조건을 찾고, 제습 막 건조기 시스템의 효과를 확인하기 위하여, 제습 막 건조기와 강제순환 건조기를 적용한 경화 과정을 통해 접착력(peel strength)을 측정하여 비교 분석해 보았다. The curing processes of waterborne adhesives are in general undergone by using hot-air dryer. The hot-air dryer curing the adhesives with heat has a disadvantage of requiring high temperature over 100°C as well as curing time as long as 20 min. When it comes to the heat control, high temperature open disturbs the adhesion of substrates by extremely lowering the viscosity of the adhesives. Furthermore, the humidity resulting from the drying process makes the curing condition irregularly. In this report, dehumidifying membrane dryer was used in order to keep the curing process same by removing humidity caused by the evaporation of water during the drying process, and to shorten the curing time. Here, we compared the peel strength of attached substrates in the dehumidifying membrane dryer to find out appropriate curing condition and confirm the effects of the dehumidifying membrane.

실란 커플링제를 이용하여 개질한 할로이사이트 나노튜브가 함유된 에폭시 조성물의 열적·기계적 물성

김태희 ( Taehee Kim ),임충선 ( Choong-sun Lim ),김진철 ( Jin Chul Kim ),서봉국 ( Bongkuk Seo ) 한국접착및계면학회 2017 접착 및 계면 Vol.18 No.2

에폭시 수지는 우수한 열적, 기계적, 화학적 성질로 인해 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 에폭시 수지의 기계적 물성을 향상시키기 위한 많은 소재와 함께 혼합하여 사용하고 있다. 에폭시 조성물의 경화 후 기계적 물성의 향상을 위해서 에폭시 수지에 다양한 소재를 혼합하는데, 나노소재중에서는 CNT가 가장 많이 사용되고 있다. 하지만 CNT는 제조 공정 및 제조 비용적인 측면에서 한계점이 있기 때문에 천연적으로 산출되는 HNT에 대한 관심이 모아지고 있다. 본 연구에서는 두 종류의 실란으로 각각 처리된 HNT가 함유된 에폭시 조성물의 열적·기계적 물성에 대해서 조사하였다. 실란처리 된 HNT를 다양한 함량으로 제조하여 에폭시 조성물에 첨가한 후 금형몰드에서 경화시키고 만능재료시험기를 이용하여 기계적 물성을 측정하였으며, differential scanning calorimeter (DSC)·thermogravimetric analysis (TGA)·thermomechanical Analysis (TMA) 등의 장비를 이용하여 다양한 열적 특성을 측정하였다. 위의 실험 결과, 두 종류의 실란 화합물 중 아민으로 HNT를 표면 처리하였을 경우, 이를 포함하는 에폭시 조성물의 인장강도가 에폭시 실란으로 처리된 HNT를 포함하는 에폭시 조성물 보다 높은 것을 보였다. 또한 치수 안정성 비교를 위한 thermomechanical analysis 실험에서 얻은 선형 열팽창계수는 아민계 실란으로 처리한 HNT 조성물이 65 ppm으로 처리하지 않은 HNT 보다 낮은 값을 갖는 것을 보였다. Epoxy resins are widely used in various fields due to their excellent thermal, mechanical and chemical properties. In order to improve the mechanical properties of the epoxy composition after curing, various materials are mixed in the epoxy resin. Among the nano materials, CNT is the most widely used. However, CNT has limitations in terms of manufacturing process and manufacturing cost. Therefore, there is a growing interest in naturally occurring HNTs having similar structure to that of CNT. In this study, the thermal and mechanical properties of epoxy compositions containing HNTs treated with two types of silane compounds were investigated. The mechanical properties of silane-treated HNT were measured by using a universal testing machine. The differential scanning calorimeter (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), and thermomechanical analysis (TMA) were used to measure thermal properties. As a result of the above tests, when the HNT was surface-treated with aminosilane, the tensile strength of the epoxy composition containing the HNT was higher than that of the epoxy composition containing epoxy silane treated HNT. The linear thermal expansion coefficients (CTE) obtained from the thermomechanical analysis of the two epoxy compositions for the comparison of dimensional stability showed that the HNT composition treated with aminosilane showed a lower value of CTE than that of epoxy composition including the pristine HNT.

Benzophenone 가교제를 이용한 수분산 폴리우레탄 개질

김혁진 ( Hyeokjin Kim ),김진철 ( Jin Chul Kim ),장상목 ( Sangmok Chang ),서봉국 ( Bongkuk Seo ) 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.2

산업전반에서 생체 무해한 친환경 물질 생산이 강력하게 요구되고 있다. 특히 코팅 공정에서 작업자의 안전 보호를 위해 휘발성 유기화합물을 줄이는 것은 매우 중요하다. 지난 20년 동안 수분산 폴리우레탄에 관한 연구가 지속적으로 수행되어 왔으며, 수분산 폴리우레탄이 유기용매를 사용한 우레탄 대용으로 점차 전환되고 있는 추세이다. 그러나 수분산 폴리우레탄은 유기용매를 기반으로 한 우레탄에 비해 분자량 증가에 한계가 있어 기계적 물성이 좋지 못하여 그 응용에 제약이 있었다. 이러한 단점을 극복하기 위해 고분자 블랜드 그리고 열 및 광 가교 등 다양한 연구가 시도 되었다. 이들 방법 중 광 가교 시스템은 높은 결합밀도와 빠른 경화속도로 인해 산업화에 적합하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 Benzophenone 광가교제를 도입하여 수분산 폴리우레탄의 단점을 극복하고자 하였다. 30일 동안 우레탄 입자가 물에서 분산 안정성을 보이고 빛 경화 후 Tg와 Td가 5 ℃ 이상 증가하고 영률이 2배 이상 증가된 뛰어난 필름을 합성할 수 있었다. Production of eco-friendly and biologically harmless materials is strongly required in all industries. In particular, reducing volatile organic compounds in coating processes is extremely important to secure worker`s safety. During recent two decades, extensive research works on water-borne polyurethane dispersion (PUD) have been continuously developed as an alternative to solvent-borne polyurethane. However, PUD was shown inferior mechanical properties to the organic solvent-borne polyurethane due to a limit to the molecular weight increase, which resulted in the limit of applications. To overcome this drawback, several approaches have been examined such as polymer blends and thermal/radiation induced crosslinking. Among these methods, the radiation curing system was suitable for industrialization because of the high crosslinking density and fast curing speed. In this study, we overcame the drawback for PUD via introducing benzophenone radiation curable units to PUD. We synthesized PUD films which possessed good dispersion in water for 30 days, increased Tg and Td more than 5 ℃ after UV curing film as well as improved young`s modulus more than double.

실리카 파우더를 이용한 에폭시 복합소재의 열적/기계적 특성

이혜련 ( Hye Ryeon Lee ),송지혜 ( Jeehye Song ),김대연 ( Daeyeon Kim ),임충선 ( Choong Sun Lim ),서봉국 ( Bongkuk Seo ) 한국접착및계면학회 2016 접착 및 계면 Vol.17 No.1

에폭시 수지는 취성(brittleness)으로 인한 기계적 강도의 저하가 발생하고 금속 등과 같이 열팽창 계수가 다른 재료와 결합하여 함께 사용하는 경우에 열변형 차이 때문에 부품의 박리나 부분손상 등이 일어나는 단점이 있다. 본 연구에서는 복합재료의 기계적 강도 및 열안정성을 높이기 위하여 아민기를 가진 실란 커플링제를 이용하여 표면 처리한 실리카 입자를 에폭시 수지에 첨가하여 강화된 복합재료 시편을 제조한 에폭시 복합재료 시편을 대상으로 분산의 적절성을 확인하고 기계적 특성과 열적 물성을 평가하고자 하였다. 함량 변화에 따른 기계적 특성 변화를 UTM으로 인장강도를 측정한 결과 30-50 MPa의 인장강도 값을 보였다. 실리카 입자가 에폭시 수지 내에 함량에 따라 분산된 정도를 비교하기 위해 SEM 및 EDS 분석을 수행하였다. TMA 분석을 통하여 열팽창계수 및 유리전이온도를 확인하였으며 열충격 실험을 통하여 에폭시 복합소재의 내열안정성을 평가하였다. Epoxy composites with concentrations of 5-70 wt% of silica particles were prepared in order to improve mechanical property and poor thermal stability. The mechanical and thermal properties were investigated and compared to the corresponding properties of neat epoxy composite. Furthermore, the effects of silane compound treatment on silica particles were observed by the experimental results of the tensile strength, glass transition temperature, and thermal stability of epoxy composite. Tensile strength of epoxy composites was measured by universal testing machine (UTM) and after that, the structure and morphology analysis of epoxy nanocomposites were analyzed by field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). The increased solid content of CA0030 particle improved the tensile strength of epoxy/modified composites to give 30-50 MPa. The thermal expansion coefficients (CTE) of neat epoxy resin and epoxy/silica composites measured with a thermomechanical analyzer (TMA) showed that the incorporation of silica particles was helpful to reduce the CTE of neat epoxy resin.

에폭시 개질 한 다관능 아크릴레이트를 포함하는 충격 저항성이 향상된 불포화폴리에스터 SMC (Sheet Molding Compound) 소재제조 및 그의 물성연구

장정범 ( Jeong Beom Jang ),김태희 ( Taehee Kim ),김혜진 ( Hye Jin Kim ),이원주 ( Wonjoo Lee ),서봉국 ( Bongkuk Seo ),김용성 ( Yongsung Kim ),김창윤 ( Changyoon Kim ),임충선 ( Choong-sun Lim ) 한국접착및계면학회 2020 접착 및 계면 Vol.21 No.3

본 연구에서는 에폭시 수지를 개질 한 변성 아크릴레이트를 합성하였으며, 이를 기존의 유리섬유 복합소재에 사용하는 SMC 조성물에 5 phr - 15 phr을 첨가하여 SMC 소재를 제조하였다. SMC 프리프레그를 고온고압 (150 ℃, 10 bar)에서 컴프레션 몰딩방법으로 성형하여 유리섬유 복합소재를 제조하였으며, 제조된 복합소재를 가공하여 인장강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 연구하였다. 실험결과 합성된 변성 아크릴레이트를 5 phr을 포함하는 복합소재가 합성 아크릴레이트를 포함하지 않는 binder 샘플보다 인장강도는 약 20%, 충격강도는 약 12% 향상함을 보였으며, 이는 합성 아크릴레이트가 폴리에스터와 반응할 수 있는 4개의 아크릴 기를 가짐으로써 가교반응을 강하게 하면서 기계적 강도가 향상됨을 확인하였다. In this study, epoxy-modified acrylate was synthesized. The synthesized acrylate was added to the composition for sheet molding compound (SMC) in the range of 5 phr to 15 phr. The prepared SMC prepreg was molded at high temperature and pressure to produce a glass fiber reinforced composite. Physical properties such as tensile and impact strength of the composite were measured, respectively. Experimental data show that the composite with 5 phr of synthesized acrylate has 20% improved tensile strength and 12% improved impact strength than that of the reference sample.

Flexibility 도입을 위한 Propylene glycol 기반 폴리올, 우레탄 변성 에폭시 합성 및 특성 분석

전재희 ( Jaehee Jeon ),황치원 ( Chiwon Hwang ),백종호 ( Jong-ho Back ),임충선 ( Choongsun Lim ),서봉국 ( Bongkuk Seo ),유영창 ( Youngchang Yu ),이원주 ( Wonjoo Lee ) 한국접착및계면학회 2021 접착 및 계면 Vol.22 No.1

본 연구에서는 우레탄 변성 에폭시의 유연성 부여를 위해 propylene glycol(PPG) 기반 diamine인 Jeffamine D-400을 이용하여 폴리올을 만들고 이를 이용하여 우레탄 변성 에폭시를 합성하였다. Bisphenol A diglycidyl ether(BADGE)에 합성한 우레탄 변성 에폭시와 경화제, 경화촉진제를 배합하여 에폭시 접착제를 제조하고 접착강도 측정으로 전단 강도를 측정하였다. 측정 결과 합성한 우레탄 변성 에폭시의 우레탄 결합과 PPG사슬 도입을 통한 유연성 부여 효과로 인해 전단 강도와 전단 신율이 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 높은 가교 밀도로 인해 사용에 제약을 받고 있는 구조용 접착제에 적용이 가능할 것으로 판단된다. In this study, a polyol was prepared using Jeffamine D-400 as a propylene glycol-based diamine to impart flexibility to the urethane-modified epoxy, and a urethane-modified epoxy was synthesized using the polyol. Urethane-modified epoxy synthesized with existing Bisphenol A diglycidyl ether (BADGE) epoxy, a curing agent, and a curing accelerator are mixed to prepare an epoxy adhesive, and shear strength is measured by measuring adhesion strength. As a result, shear strength and shear elongation tended to increase. These results are due to the high crosslinking density. It is believed that it can be applied to structural adhesives that are restricted in use.