도계부산물인 닭털을 이용한 목재접착제의 내수성 평가

박대학 ( Dae-hak Park ),양인 ( In Yang ),최원실 ( Won-sil Choi ),오세창 ( Sei Chang Oh ),안동욱 ( Dong-uk Ahn ),한규성 ( Gyu-seong Han ) 한국목재공학회 2017 목재공학 Vol.45 No.1

본 연구는 주원료로 도계부산물인 닭털의 NaOH 가수분해물, 경화제로 닭털의 H₂SO₄ 가수분해물 및 폼알데히드계가교제를 반응시켜 접착제를 제조하고, 이에 대한 물성 및 내수성 실험을 통하여 닭털의 목질계 판상재용 접착제의 원료화 가능성을 확인하기 위하여 수행하였다. 닭털은 주로 케라틴계 단백질로 구성되어 있었으며, 중금속의 함유량이 매우 낮거나 검출되지 않았다. 알칼리에 대한 닭털의 가수분해율은 수용액 내의 NaOH 농도가 증가함에 따라 계속 증가하였으나, 과도한 가수분해에 따른 단백질 고유의 접착능 손실을 최소화하고 적정한 가수분해 조건을 찾기 위하여 닭털의 가수분해제 내의 NaOH 농도를 5%, 7.5%, 10%로 결정하였다. 접착제의 조성을 보면, 고형분 함량을 기준으로 70%의 닭털 NaOH 가수분해물 또는/그리고 경화제로 닭털의 H₂SO₄ 가수분해물 및 30%의 가교제로 조제하였는데, 이접착제의 고형분 함량은 가수분해 조건 및 가교제의 종류에 따라 28.3 - 44.8% 범위에 존재하였다. 이 접착제의 점도는 상온에서 전반적으로 높았으나, 50℃에서 측정한 결과 분사형 접착제로서 적용이 가능한 것으로 조사되었다. 접착제의 내수성을 비교하기 위하여 측정된 열수 불용해율은 5% 농도의 NaOH 수용액에서 반응시킨 닭털의 알칼리 가수분해물(CF-AK-5%)에 경화제로 5% 농도의 H₂SO₄ 수용액에서 반응시킨 닭털의 산가수분해물(CF-AC-5%)을 고형분함량 기준 10% 이상 첨가하여 제조하고 경화시킨 접착제에서 높았다. 또한 접착제 제조시 고형분 함량을 기준으로 30%가 첨가된 가교제별 열수 불용해율은 phenol-formaldehyde (PF), melamine-urea-formaldehyde (MUF), formalin 순으로 조사되었다. 닭털 접착제의 열수 불용해율을 섬유판 제조에 사용되고 있는 석유화학계 합성수지와 비교한 결과, CF-AC-5%에 가교제로 PF를 그리고 경화제로 CF-AC-5%를 첨가하여 조제한 접착제는 기존 멜라민-요소수지의 열수불용해율과 통계학적으로 차이가 없었으며, 가교제로 PF를 사용한 모든 접착제와 고형분 함량을 기준으로 55%의 CF-AK-5%, 15%의 CF-AC-5% 그리고 가교제로 30%의 MUF와 함께 제조한 접착제는 기존 요소수지를 대체할 수 있는 것으로 조사되었다. 이 결과를 토대로 적정한 조건에서 가수분해한 닭털은 목질계 판상재용 접착제의 원료로 사용이 가능할 것으로 판단된다. This study was conducted to investigate the potential of chicken feather (CF), which is a by-product in poultry in-dustry, as a raw material of wood adhesives. For the purpose, adhesive resins were formulated with NaOH- and H₂SO₄-hydrolyzed CF as well as crosslinkers, and then the properties and water resistance of the adhesive resins against hot water were measured. CF was made of mainly keratin-type protein, and no or very low content of heavy metals was detected. Hydrolysis rate of CF increased as NaOH concentration in hydrolysis solutions increased. However, in order to minimize the loss of adhesive property of protein itself by the severe hydrolysis of CF and to seek its proper hydrolysis conditions, NaOH concentrations in hydrolysis solution determined to adjust to 5%, 7.5% and 10%. In the NaOH-hydrolyzed CF, H₂SO₄-hydrolyzed CF as a hardener and crosslinker were added to for-mulate CF-based adhesive resins. Solid content of the resins ranged from 28.3% to 44.8% depending on hydrolysis conditions and type of crosslinker. Viscosity of the resins at 25℃ was very high. However, when the temperature of the resins was increased to 50℃, the viscosity decreased greatly and thus the resins could be applied as a sprayable resin. Retention rate measured to evaluate the water resistance of adhesive resins was the highest in the cured resin formulated with 5% NaOH-hydrolyzed CF and 5% H₂SO₄-hydrolyzed CF of 10% based on the solid weight as a hardener. Retention rate depending on crosslinkers added into adhesive resins was the highest phenol-formaldehyde (PF) followed by melamine-urea-formaldehyde (MUF) and formalin. The retention rate of CF-based adhesives formulated with 5% NaOH-hydrolyzed CF, PF and H₂SO₄-hydrolyzed CF of 10% and over did not differ statistically from that of commercial MUF resins. All of CF-based adhesives formulated with PF as a crosslinker and one with 5% NaOH-hydrolyzed CF of 55%, 5% H₂SO₄-hydrolyzed CF of 15%, and MUF of 30% on the basis of solid weight could be substituted for commercial urea-formaldehyde resins, From the results, CF can be used as a raw material of wood adhesives if hydrolyzed in proper conditions.

유채대와 낙엽송 목분을 이용하여 제조한 펠릿의 연료 특성

박대학(Daehak Park),김명용(Myeongyong Kim),김상태(Sangtae Kim),장희선(Huiseon Jang),한규성(Gyu-Seong Han),양인(In Yang) 한국신재생에너지학회 2013 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2013 No.11

목질 섬유판 제조에 있어 도계부산물인 닭털의 목섬유 부분적 대체화 탐색

양인,박대학,최원실,오세창,안동욱,한규성,오승원,Yang, In,Park, Dae-Hak,Choi, Won-Sil,Oh, Sei Chang,Ahn, Dong-uk,Han, Gyu-Seong,Oh, Seung Won 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.4

본 연구는 목질계 섬유판 제조에 있어 목섬유에 대한 도계부산물인 닭털의 부분적 대체화 가능성을 검토하기 위하여 수행하였다. 닭털은 주로 케라틴계 단백질로 구성되어 있으며, 외형적으로 목섬유와 큰 차이는 없었다. 닭털의 전처리 방법에 따른 포름알데히드 흡착능을 비교한 결과, 닭털을 고온/고압에서 처리하고 분쇄한 우모분에서 가장 높았다. 한편 일반 가위로 절단한 닭털과 이를 가정용 믹서로 고해시킨 닭털의 폼알데히드 흡착량을 dinitrophenylhydrazine법으로 측정한 결과 차이는 없었다. 닭털, 고해 닭털, 우모분을 각각 목섬유의 전건무게를 기준으로 5 wt%로 혼합하여 제조한 중밀도섬유판(MDF)의 물성과 폼알데히드방출량은 닭털의 전처리 조건에 영향을 받지 않았다. 그러나 이 측정치를 목섬유만으로 제조한 MDF와 비교하였을 때, 두께팽윤율과 폼알데히드방출량은 크게 개선되었다. 따라서 현재 생산 현장에서 적용되고 있는 요소수지를 이용한 MDF 제조에 있어 목섬유와 함께 일정한 양의 닭털, 고해 닭털 또는 우모분을 첨가할 경우 치수안전성과 폼알데히드방출량이 개선된 MDF의 제조가 가능할 것으로 예상된다. 그러나 MDF제조에 있어 닭털의 사용은 현재 상황에서 목섬유와 비교하여 원료 확보의 어려움과 높은 단가로 경제성이 낮은 것으로 조사되었다. 경제성 향상을 위하여 중소형 도계장에서 발생하는 닭털을 이용하거나, 동물성 사료의 금지에 대한 대비책 및 인플루엔자 감염 조류에 대한 환경적 처리 방안으로 닭털의 섬유판 원료에 대한 부분적 대체화 기술은 향후 사용 가능성이 충분할 것으로 판단된다. This study was conducted to investigate the potential of chicken feather (CF), which is a by-product in poultry industry, as a partial substitute of wood fiber in the production of wood-based fiberboard. Keratin-type protein constituted the majority of CF, and its appearance did not differ from that of wood fiber. When the formaldehyde (HCHO) adsorptivities of CF compared by its pretreatment type, feather meal (FM), which was pretreated CF with high temperature and pressure and then grounded, showed the highest HCHO adsorptivity. In addition, there was no difference between the adsorbed HCHO amounts, which was measured by dinitrophenylhydrazine method, of scissors-chopped CF and CF beated with an electrical blender. Mechanical properties and HCHO emission of medium-density fiberboards (MDF), which were fabricated with wood fiber and 5 wt% CF, beated CF or FM based on the oven-dried weight of wood fiber, were not influenced by the pretreatment type of CF. However, when the values compared with those of MDF made with just wood fiber, thickness swelling and HCHO emission of the MDF were improved greatly with the addition of CF, beated CF or FM. Based on the results, it might be possible to produce MDF with improved dimensional stability and low HCHO emission if CF, beated CF or FM is added partially as a substitute of wood fiber in the manufacturing process of MDF produced with the conventional urea-formaldehyde resin of $E_1$ grade. However, the use of CF or FM in the production of MDF has a low economic feasibility at the current situation due to the securing difficulty and high cost of CF. In order to enhance the economic feasibility, it requires to use CF produced at small to medium-sized chicken meat plants. More importantly, it is considered that the technology developed from this research has a great potential to make provision for the prohibition of animal-based feed and to dispose environmentally avian influenza-infected poultry.

닭털로 제조한 접착제의 반응기작 및 경화 특성과 이를 이용하여 제조한 중밀도섬유판의 접착 특성

양인 ( In Yang ),박대학 ( Dae-hak Park ),최원실 ( Won-sil Choi ),오세창 ( Sei Chang Oh ),안동욱 ( Dong-uk Ahn ),한규성 ( Gyu-seong Han ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.3

도계부산물인 닭털(CF)의 알칼리 및 산 가수분해물과 폼알데히드계 가교제를 혼합하여 조제한 접착제의 반응기작 및 경화특성을 조사하였다, 또한 이를 적용시켜 제조한 중밀도섬유판(MDF)의 물성 및 폼알데히드 방산량 측정 결과를 토대로 CF 접착제의 목질계 판상재 제조를 위한 분사형 접착제로서 적용 가능성을 확인하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 고형분 함량이 40% 이상인 CF 접착제는 상온에서 점도가 높았으나, 50 ℃에서 측정한 점도는 300~660 m·Pa·s로 측정되어 낮은 점도를 요구하는 분사형 접착제로 적용이 가능하였다. 적외선 분광기 분석을 통하여 폼알데히드계 가교제의 사용에 따른 methylol기의 부가 및 축합반응을 확인하였다. 시차주사 열량계 분석을 통하여 CF 접착제가 현재 목질계 판상재 제조에 사용되고 있는 요소수지(C-UF)와 비교하여 높은 열압온도 또는 긴 경화시간이 필요한 것으로 조사되었다. 5% NaOH 농도의 수용액에서 가수분해된 CF 가수분해물(이하 CF-AK-5%)과 formaldehyde/phenol 몰비가 2.5인 phenol-formaldehyde prepolymer (PF-2.5)로 조제한 접착제를 사용하고 8분간 열압하여 제조한 MDF에서 높은 휨강도(MOR)와 박리강도(IB)를 보였다. 또한 이 접착제로 제조한 MDF의 MOR과 IB는 대부분의 접착제 조제 및 열압 조건에서 C-UF로 제조한 MDF보다 높았다. 이 측정치를 KS 규격과 비교하였을 때, IB는 모든 조건에서 기준을 상회하였으나, MOR은 CF-AK-5%와 PF-2.5로 조제한 접착제를 사용하고 8분간 열압하여 제조한 MDF를 제외하고 그 기준을 만족하지 못하였으며, 24-TS도 모든 조건에서 기준을 만족하지 못하였다. 그러나 MDF 제조시 보드의 목표밀도를 높이거나 내수성 부여를 위하여 접착제에 첨가하는 wax emulsion의 양을 증가시킬 경우 MOR과 24-TS는 충분히 향상될 것으로 생각한다. 한편, MDF 제조에 있어 CF 접착제의 사용은 폼알데히드 방산량을 크게 감소시켰으며, 따라서 적절한 조건에서 조제된 CF 접착제는 목질계 판상재 제조를 위한 분사형 접착제로서 적용이 가능할 것으로 판단된다. In this study, reaction mechanism and curing characteristics of adhesives formulated with NaOH- and H₂SO₄-hydrolyzed chicken feather (CF) and formaldehyde-based crosslinkers were investigated by FT-IR and DSC. In addition, adhesive properties and formaldehyde emission of medium-density fiberboards (MDF) applied with the adhesives were measured. CF-based adhesives having a solid content of 40% and over were very viscous at 25 °C, but the viscosity reduced to 300~660 m·Pa·s at 50 °C. Consequently, the adhesives could be used as a sprayable resin. Through the FT-IR spectra of liquid and cured CF-based adhesives, addition reaction of methylol group and condensation reaction between the functional groups with the use of formaldehyde-based crosslinkers were identified. From the analysis of DSC, it was elucidated for CF-based adhesives to require a higher pressing temperature or longer pressing time comparing to commercial urea-formaldehyde (C-UF) resin. MDF bonded with CF-based adhesives, which was formulated with 5% NaOH-hydrolyzed CF (CF-AK-5%) and PF of formaldehyde to phenol mole ratio of 2.5 (PF-2.5), and pressed for 8 min had higher MOR and IB than those with other CF-based adhesives. MOR and IB of MDF bonded with the CFbased adhesives regardless of formulation type and pressing time were higher than those with C-UF resin. When the values compared with the minimum requirements of KS standard, IB exceeded the KS standard in all formulations and pressing time, but MOR of only MDF bonded with CF-AK-5% and PF-2.5 and pressed for 8 min satisfied the KS standard. What was worse, 24-TS of MDF bonded with all CF-based adhesives did not satisfied the KS standard. However, MOR and 24-TS can be improved by increasing the target density of MDF or the amount of wax emulsion, which is added to improve the water resistance of MDF. Importantly, the use of CF-based adhesives decreased greatly the formaldehyde emission. Based on the results, we reached the conclusion that CF-based adhesives formulated under proper conditions had a potential as a sprayable resin for the production of wood panels.

낙엽송재의 화학적 조성 및 연료적 특성에 대한 반탄화 조건의 영향

김상태 ( Sang Tae Kim ),이재정 ( Jae Jung Lee ),박대학 ( Dae Hak Park ),양인 ( In Yang ),한규성 ( Gyu Seong Han ),안병준 ( Byoung Jun Ahn ) 한국목재공학회 2015 목재공학 Vol.43 No.1

본 연구는 낙엽송을 이용한 반탄화 펠릿의 제조 가능성을 확인하기 위하여 수행하였다. 낙엽송 칩을 230, 250, 270℃ 및 30, 50, 70분의 조건에서 반탄화 처리를 각각 실시하였으며, 반탄화 낙엽송 칩의 함수율, 수분흡착률, 발열량, 회분을 측정하여 각 조건에 대한 반탄화 조건의 영향을 분석하였다. 또한 반탄화 낙엽송 칩의 표면을 광학현미경, FE-SEM, SEM-EDXS를 이용하여 관찰하였다. 낙엽송 시편의 리그닌 함량은 반탄화 온도 및 시간 증가와 함께 증가한 반면, 전섬유소 함량은 감소하였다. 함수율은 반탄화 처리하지 않은 칩과 비교하여 급격히 감소하였으며, 수분흡착률 은 반탄화 온도가 높을수록 감소하였다. 낙엽송의 발열량 및 회분함량은 반탄화 온도가 높아짐에 따라 증가하였으나, 반탄화 낙엽송 펠릿의 내구성은 무반탄화 낙엽송 펠릿과 비교하여 현저히 낮았다. 낙엽송 칩의 단면을 광학현미경 및FE-SEM으로 관찰한 결과 반탄화 조건이 강해질수록 재색의 농색화 및 세포벽의 부분적 붕괴를 확인할 수 있었으며, SEM-EDXS 분석을 통하여 반탄화에 따른 리그닌의 분포 확산 및 양의 증가가 확인되었다. 결과를 종합하면, 연료적 특성의 측면에서 270℃/50분이 낙엽송의 최적 반탄화 조건인 것으로 판단되나, 낙엽송 반탄화 펠릿의 내구성 결과에 따르면 230℃/30분과 같이 반탄화 처리조건이 강하지 않은 경우에 대하여 고려할 필요성이 있을 것으로 생각한다. This study was conducted to investigate the potential of torrefied larch wood as a raw material of pellets. First of all, larch chip was torrefied at the temperatures of 230, 250 and 270℃ for 30, 50 and 70 min. Secondly, moisture content, moisture absorption, higher heating value and ash content of the torrefied chip were measured to examine the effects of torrefaction conditions on the fuel characteristics of larch. Thirdly, surfaces of the torrefied chip were observed by light microscope (LM), field emission scanning microscope (FE-SEM) and SEM-energy dispersive spectroscopy (EDXS). With the increases of torrefied temperature and time, contents of lignin increased and those of hemicellulose reduced. Moisture content of torrefied larch chip was greatly lower than that of non-torrefied chip. Moisture absorption of the torrefied chip decreased as torrefaction temperature increased. As torrefaction temperature increased, higher heating value and ash content of larch chip increased. However, durability of torrefied-larch pellets was remarkably lower comparing to non-torrefied-larch pellets. When surface of larch chip was observed by LM and FE-SEM, surface color and cell wall of the chip was getting darker and more collapsed with the increases of torrefaction conditions. Through the analysis of SEM-EDXS, distribution and quantity of lignin existing on the surface of larch chip increased with the increases of torrefied conditions. In conclusion, 270℃/50 min might be an optimal condition for the torrefaction of larch with the aspect of fuel characteristics, but torrefaction condition of 230℃/30 min should be considered according to the durability of torrefied-larch pellets.

백합나무의 반탄화 처리를 이용한 고체연료화 가능성 조사

안병준(Ahn, Byoung Jun),양인(Yang, In),김상태(Kim, Sang Tae),박대학(Park, Daehak) 한국신재생에너지학회 2013 신재생에너지 Vol.9 No.4

This study was performed to investigate the potential of torrefied tulip tree (TT) for the production of pellets. For this purpose, chemical composition and fuel characteristics of torrefied TT were examined. In addition, pellets were fabricated by using sawdust of torrefied TT chip, and durability of the pellet was measured. Lignin content of torrefied TT was higher than that of non-torrefied TT, and increased with the increases of torrefaction temperature and time. Fuel characteristics of torrefied TT were affected by torrefied conditions, and the characteristics were influenced more by torrefaction temperature than by torrefaction time. Higher heating value (HHV) and ash content (AC) of torrefied tulip tree increased with increasing torrefaction temperature, and the values were much higher than HHV and AC values of non-torrefied TT. Durability of pellets fabricated with 230?C- and 250?C-torrefied TT was higher than that of 270?C-torrefied TT, and the value exceeded the minimum requirement (-97.50%) of the 1st-grade pellet standard designated by Korea Forest Research Institute. Based on the results, torrefaction treatment of 250?C/50min to TT might be a optimal condition for the production of TT pellets considering the mass balance and fuel characteristics of TT as well as the durability of the pellets. Thus, it is confirmed that torrefied TT can be used as a raw material for the production of bio-pellets.