Characteristics Studies of Waste Tire Rubber Powders using the Different Grinding Methods

박종문,안주영,방대석,김봉석,오명훈,Park, Jong-Moon,An, Ju-Young,Bang, Daesuk,Kim, Bong-Seok,Oh, Myung-Hoon The Korean Institute of Resources Recycling 2014 資源 리싸이클링 Vol.23 No.3

본 연구에서는 기존의 cutting 분쇄방식 대신 여러 가지 문제점을 개선한 shear방식 및 2단 disk mill 방식으로 폐타이어를 미분화시켰다. 각 파쇄 또는 분쇄 단계별로 다양한 크기의 고무 칩을 얻을 수 있었다. Shear방식 및 2단 disk mill 방식은 회전 속도와 방향이 다른 두 개의 드럼형의 칼날로 이루어져 있어서 기존의 cutting 방식보다 거친 표면의 미분화 폐타이어 분말을 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 주로 shear방식으로 미분화된 폐타이어 분말의 형상을 SEM을 통해 비교하였다. 추가적으로 적절한 크기의 폐타이어 분말이 얻어졌는지를 확인하기 위해 입도분석을 수행하였다. In this study, a method of shear crushing and a two-stage disk mill were introduced to grind the waste tire powder. Rubber chips with various size were obtained during the crushing or grinding step. The two-stage disk mill was composed of two drum-type blades rotating at various speed and in opposite directions. Therefore, more roughly surfaced particles of micronized waste tire powder were obtained using shear crushing rather than using conventional cutting crushing. In this study, the shape of shear-crushed waste tire particles was compared with conventional cutting crushing particles by scanning electron microscope. In addition, the particle size analyzer was employed to determine the appropriate particle size of waste ground tire powders obtained in this study.

폐타이어 분말과 재생PP로 제조한 열가소성 고무 플라스틱(TPV)의 물성평가

안주영,박종문,방대석,김봉석,오명훈,An, Ju-Young,Park, Jong-Moon,Bang, DaeSuk,Kim, Bong-Suk,Oh, Myung-Hoon 한국자원리싸이클링학회 2014 資源 리싸이클링 Vol.23 No.4

자동차 산업의 발달과 함께 환경오염 문제가 심각해지면서 연간 300,000톤 이상 발생하는 폐타이어의 재활용에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 폐타이어 재활용을 목적으로 40, 80, 140 mesh 크기의 폐타이어 분말을 선별한 후, 입도 분석을 통하여 크기를 확인하고 그 형상을 SEM을 통해 관찰하였다. 또한 각각의 폐타이어 분말을 Virgin PP와 혼합하고 Intermeshing Corotating Twin Screw Extruder를 이용하여 TPV를 제조하고 특성 분석을 하였다. 이 중 효과가 좋은 140 mesh의 폐타이어 분말과 Virgin PP, Waste PP, PP-g-MA 세 가지 종류의 매트릭스를 다양한 비율로 혼합하여 TPV를 제조한 후 UTM을 통한 인장강도, 연신율과 Izod impact로 충격강도 등을 측정하였고 TGA로 열안정성을 확인하였다. 또한 SEM을 통하여 폐타이어 분말의 분산정도 및 파단면을 확인하였다. 300,000 tons of waste tires are annually being produced with development of the automotive industry in Korea. Landfill and incineration treatment system are causing the economic problem through secondary environmental pollution and waste. Therefore, as one of the ways to take advantage of this, Thermo-Plastic Vulcanized (TPV) composite was prepared by the ground waste tire and plastic powders. The waste tire powder was gained by mechanical fracturing through crushers. The waste tire powder was ground by a shear crushing method and a 2-stage disk mill method instead of cutting crushing one. The waste tire powder of 50 mesh was mixed with Polypropylene(PP) in various proportions. TPVs were prepared by an extrusion, and tensile and impact tests were performed. In addition, the same experiments were repeated in 40, 80, 140 mesh conditions in order to observe size effect of waste tire powders.

폐타이어 고무분말 재활용을 위한 화학적 탈황과 기계적 물성 평가

안주영,박종문,방대석,김봉석,오명훈,An, Ju-Young,Park, Jong-Moon,Bang, Daesuk,Kim, Bong-seok,Oh, Myung-Hoon 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.3

세계적으로 폐타이어를 포함한 가황고무제품의 재활용 문제가 심각하게 대두되고 있다. 특히 자동차 수요량이 증대됨에 따라 발생하는 폐타이어는 매립이나 소각 시 가교결합 된 황 성분에 의해 2차 환경오염을 일으킨다. 또한 재생고무로 이용 시 가교 결합된 황에 의해 원료 고무와의 결합을 방해하여 적절한 물성을 가지지 못한다. 따라서 폐타이어 고무분말 재활용을 위해서 탈황 처리와 관련된 기술개발이 활발하게 이루어져 왔다. 탈황 처리 공정을 거쳐 재생된 폐타이어는 원료 고무와 혼합된 후 가황공정을 통하여 용도에 맞는 제품으로 제조 할 수 있다. 본 연구에서는 화학적 탈황법을 이용해 폐타이어를 탈황하여 탈황 정도를 분석하였다. 2-butanol 용액을 이용하여 온도, 탈황처리시간 등의 변수에 따른 탈황 효과를 살펴보았다. 고무시료를 유기용매에 팽윤한 후 100, 150, $200^{\circ}C$에서 1~5hr 동안 탈황처리 하였다. 그 후 평행팽윤법을 이용해서 수평균분자량과 가교밀도를 계산하여 정량적으로 탈황도를 분석하였다. 또한 Hot press를 이용하여 인장시편을 제조한 후 기계적 물성도 평가하였다. Recycling of vulcanized rubber products is a serious problem in the world. A quantity of generated waste tires becomes much more and more because of increasing demands on automobiles, resulted in the cause of serious secondary pollution by sulfur component that is crosslinked to incineration or landfill. In addition, crosslinked surfur is used to interfere with the binding of the raw material rubber. In this study, we analyzed the degree of devulcanization by the chemical devulcanization. Devulcanization ratio of the samples were systematically analysed by variables such as time and temperature. In addition, the effect of swelling method as a pre-treatment process was also measured. A rubber specimen was deepened in a organic 2-buthanol solutions during various times of 1 ~ 5 hrs at 100, 150, $200^{\circ}C$ respectively, then to calculate the crosslink density and the number average molecular weight by using a parallel expansion process, which showed devulcanization degree of analyzed samples quantitatively. Also, the mechanical properties were measured with the samples prepared by using a hot press.

구리전해도금에서 알킬아민의 영향 연구

이재원,신영민,방대석,조성기,Lee, Jaewon,Shin, Yeong Min,Bang, Daesuk,Cho, Sung Ki 한국전기화학회 2022 한국전기화학회지 Vol.25 No.2

본 연구에서는, 알킬아민이 구리전해도금에 미치는 영향을 cyclic voltammetry를 이용해 분석해보았다. 수용액상 용해도를 갖는 알킬아민을 도금액에 첨가할 경우, Cu²⁺의 환원반응이 억제되는 것을 확인할 수 있었다. 다양한 알킬아민 중 1,12-diaminododecane에 대해 다양한 농도 및 도금액 조건에서 억제 효과를 관찰하였다. 1,12-diaminododecane은 산성 도금액상에서 protonation 되어, Cu²⁺의 착화제로써 작용하지 않았으며, 따라서 1,12-diaminododecane의 억제 효과는 Cu 표면상 흡착에 의한 것임을 확인할 수 있었다. 1,12-diaminododecane는 (i) protonation에 의한 양이온화와 그에 따른 Cu 표면상 기흡착한 음이온과의 정전기적 인력에 의한 흡착과 (ii) amine에 의한 Cu 표면상 직접 흡착의 두가지 특성을 모두 가지고 있었다. 흡착한 1,12-diaminododecane은 도금 반응을 억제할 뿐만 아니라, 구리도금막 형성시 3차원적 성장과 표면 미세화를 야기하였다.

상용화제의 첨가에 따른 재생 폴리프로필렌/폐타이어 분말 복합체의 기계적 특성 분석

박기훈,김동학,정종기,김성길,방대석,오명훈,김봉석,Park, Ki-Hun,Kim, Dong-Hak,Jung, Jong-Ki,Kim, Seong-Gil,Bang, Daesuk,Oh, Myung-Hoon,Kim, Bong-Suk 한국자원리싸이클링학회 2014 資源 리싸이클링 Vol.23 No.1

In this study, waste polypropylene and waste ground rubber tire(WGRT) composites were prepared by using a modular intermeshing co-rotating twin screw extruder. The effect of three main factors such as WGRT contents, particle size, compatibilizers on the properties of waste PP/WGRT composites was extensively investigated. Tensile strength of the composites was decreased with an increase in WGRT contents, whereas elongation at break and impact strength were increased. The tensile strength, elongation at break and impact strength of the composites with the smaller size of the WGRT were more enhanced. Addition of PP-g-MA into waste PP/WGRT composites exhibited better tensile strength. However, elongation at break and impact strength were slightly decreased with increasing of PP-g-MA. On the other hand, tensile strength, impact strength and elongation at break of the composites were increased by adding the EPDM-g-MA and SEBS-g-MA. Especially, elongation at break was significantly increased compared to the composite with PP-g-MA. 본 연구에서는 이축 스크류식 치합형 압출기를 이용하여 재생 폴리프로필렌/폐타이어 분말 복합체를 제조하였다. 세 가지 주요 실험 변수 즉 폐타이어 분말 함량, 폐타이어 분말 크기, 상용화제의 종류 및 함량이 재생 폴리프로필렌/폐타이어 분말 복합체의 물성에 미치는 영향을 자세히 관찰하였다. 폐타이어 분말의 함량이 증가 할수록 인장강도는 감소하였으며 신장률과 충격강도는 증가하는 것이 관찰되었다. 또한 폐타이어 분말의 크기가 작아질수록 인장강도 및 신장률, 충격강도는 증가하였다. PP-g-MA를 첨가 하였을 시 복합체의 인장강도는 증가하였지만 신장률과 충격강도는 감소하였다. 반면에, 상용화제 EPDM-g-MA, SEBS-g-MA의 경우에는 복합체의 인장강도, 충격강도가 증가하였고 신장률은 PP-g-MA와 비교했을 때 매우 큰 폭으로 증가하는 것이 관찰되었다.

전처리 공정에 따른 폐타이어 재생 고무분말의 특성연구

박종문,안주영,박진의,방대석,김봉석,오명훈,Park, Jongmoon,An, Ju-Young,Park, Jin-Eui,Bang, DaeSuk,Kim, Bong-Suk,Oh, Myung-Hoon 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.2

In this study, mechanical properties of waste ground rubber tire powder were investigated to evaluate the influence of pre-treatment process for recycling. The tensile test, fracture test and morphology observation were carried out using various kinds of waste ground tire powders, which were produced by grinding and devulcanization process, respectively. As a results, it was found that the produced rubber powder through grinding process increased its tensile strength and elongation with decreasing particle size because of decreasing surface area. Devulcanized rubber powder also increased its tensile strength and elongation by de-crosslink with sulfur. It could be also suggested that devulcanization treatment after grinding process was more efficient recycling process for both increasing tensile property and fracture elongation of waste ground rubber tire powders. 본 연구는 폐타이어 재활용을 위하여 수행된 전처리 공정이 재생 고무분말의 기계적 물성에 미치는 영향을 조사하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 분쇄 및 탈황공정을 통하여 생산된 폐타이어 고무분말을 재가황한 후 인장시험, 충격시험 및 파단면 관찰을 수행하였다. 분쇄 공정을 거쳐서 생산된 고무분말은 입자크기가 작아질수록 그 표면적이 증가되며 인장강도와 연신율이 모두 증가되었다. 반면에 탈황공정을 거친 고무분말은 내부에 존재하는 황과의 가교결합이 줄어들어서 이후의 가황처리 후에도 인장강도와 연신율이 모두 증가되었다. 따라서 폐타이어 재활용을 위한 전처리 공정은 재활용 분말을 일정크기로 분쇄한 후 탈황공정까지를 수행한 고무분말을 제조하는 것이 단순 분쇄공정만을 거친 재활용 고무분말에 비하여 가황 시에 연신율을 보다 효율적으로 증가시킬 수 있음을 확인하였다.

역전사법을 활용한 고안정성 그래핀 기반 전계효과 트랜지스터 제작

이은호 ( Eunho Lee ),방대석 ( Daesuk Bang ) 한국접착및계면학회 2021 접착 및 계면 Vol.22 No.4

이차원 탄소 동소체인 그래핀은 기존 재료보다 우수한 기계적, 전기적 특성을 지니고 있다. 특히, 그래핀의 전하이동도는 실리콘 대비 100배가량 높다고 알려져 차세대 전자소자의 핵심재료로 각광을 받고 있다. 하지만, 그래핀은 외부 환경의 변화에 매우 민감하여 수분 혹은 산소에 취약하여 그래핀 기반 전자소자의 안정성이 취약하다는 단점이 존재하기에 이를 해결하기 위해 다양한 시도가 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 그래핀 전계효과 트랜지스터의 절연막을 전사시에 사용되는 고분자 층의 표면 에너지를 조절하여 안정성을 크게 향상시키는 연구를 수행하였다. 절연층으로 쓰인 고분자의 표면 에너지가 낮아짐에 따라 물 분자 혹은 산소와 같은 대기중의 불순물 흡착을 효과적으로 제어함으로써, 안정성을 향상시킬 수 있었다. Graphene, a two-dimensional carbon allotrope, has outstanding mechanical and electrical properties. In particular, the charge carrier mobility of graphene is known to be about 100 times higher than that of silicon, and it has received attention as a core material for next-generation electronic devices. However, graphene is very sensitive to environmental conditions, especially vulnerable to moisture or oxygen. It becomes a disadvantage in that the stability of the graphene-based electronic device, so various attempts are being made to solve this problem. In this work, we report a method to greatly improve the stability by controlling the surface energy of the polymer layer used for transferring the insulating layer of the graphene field-effect transistor. As the surface energy of the polymer used as the insulating layer was lowered, the stability could be improved by effectively controlling the adsorption of impurities in the atmosphere such as water molecules or oxygen.

초음파 처리와 분말 크기가 재생 폴리프로필렌/폐타이어 분말 복합체의 기계적 특성에 미치는 영향

김동학,김성길,이민지,박종문,오명훈,김봉석,김진국,방대석,Kim, Donghak,Kim, Seonggil,Lee, Minji,Park, Jong-Moon,Oh, Myung-Hoon,Kim, Bong-Suk,Kim, Jinkuk,Bang, Daesuk 한국자원리싸이클링학회 2015 資源 리싸이클링 Vol.24 No.2

본 연구에서는 초음파 처리기가 die에 장착된 일축 스크류식 압출기를 이용하여 다양한 크기의 폐타이어 분말을 탈황시켰고, 치합형 이축 스크류식 압출기를 이용하여 재생 폴리프로필렌/탈황된 폐타이어 분말 복합체를 제조하였다. 40, 80, 140 mesh 크기의 탈황되지 않은 폐타이어 분말과 탈황된 폐타이어 분말의 가교밀도와 탈황도를 계산하였고 각각의 기계적 특성을 비교하였다. 또한, 재생 폴리프로필렌과 탈황 전과 탈황 후의 폐타이어 분말 복합체에 대한 상용화제 SEBS-g-MA의 효과를 조사하였다. 가교밀도는 폐타이어 분말의 크기가 작아질수록 감소하였다. 반면에 탈황도는 작은 크기의 폐타이어 분말이 첨가될수록 증가하였다. 탈황된 폐타이어 분말이 첨가된 복합체의 인장강도, 충격강도, 신장률은 탈황되지 않은 폐타이어 분말이 첨가된 복합체보다 크게 증가했으며 첨가된 폐타이어 분말의 크기가 작을수록 복합체의 기계적 특성이 더욱 향상되었다. 재생 폴리프로필렌과 탈황 전과 탈황 후의 폐타이어 분말 복합체에 SEBS-g-MA를 첨가하였을 때 충격강도와 신장률이 큰 폭으로 증가하는 것이 관찰되었다. In this study, various sizes of waste ground rubber tire (WGRT) were devulcanized by a single screw extruder equipped with a sonicator in front of the die, and waste PP and devulcanized waste ground rubber tire (DWGRT) composites were prepared by an intermeshing co-rotating twin screw extruder. The crosslink density and percent devulcanization of WGRT and DWGRT for 40, 80 and 140 meshes were calculated. The mechanical properties of the composites were compared with each other. The effect of SEBS-g-MA as a compatibilizer was investigated on mechanical properties of both waste PP/WGRT and waste PP/DWGRT composites. The crosslink density was decreased with decreasing the WGRT size. On the other hand, the percent devulcanization was increased by adding the smaller size of WGRT. Also, tensile strength, impact strength and elongation at break of the composite with DWGRT were higher than those with WGRT. Especially, mechanical properties of the composites were significantly increased by adding the smaller size of WGRT and DWGRT. Addition of SEBS-g-MA into both waste PP/(D)WGRT composites exhibited better impact strength and elongation at break than the composites themselves.

고장초 추출물의 t-BHP로 산화적 손상이 유도된 HepG2 세포 보호 효과

박세호(Se-Ho Park),이재열(Jae-Yeul Lee),양선아(Seun-Ah Yang),방대석(Daesuk Bang),지광환(Kwang-Hwan Jhee) 한국생명과학회 2021 생명과학회지 Vol.31 No.3

고장초는 오랫동안 식용 및 의약 목적으로 차를 만드는 데 사용되어 왔다. 그러나 고장초를 고부가가치 식용재료로 사용하는 연구는 불충분하다. 이전 연구에서 우리는 tricin이 고장초의 주요 화합물임을 확인했다. 본 연구에서는 고장초 추출물의 HepG2 세포 보호 효과를 조사하였다. 고장초 추출물 또는 tricin의 HepG2 세포에 대한 독성 실험 결과, 사용한 모든 농도에서 고장초 추출물 또는 tricin에 대한 독성은 나타나지 않았다. 또한 tert-butyl hydroperoxide (t-BHP)에 의해 감소된 세포 생존율은 고장초 추출물(100 μg/ml에서 69.23%) 또는 tricin (100 ng/ml에서 74.47%)에 의해 증가되었다. 또한 고장초 추출물(250 μg/ml) 또는 tricin (250 ng/ml)은 산화적 손상에 의한 활성 산소종(ROS) 생성을 효과적으로 억제했다. 또한 항산화 효소로 알려진 superoxide dismutase 1(SOD1), catalase, heme oxygenase-1 (HO-1), nuclear factor erythroid-related factor 2 (Nrf2)의 단백질 발현은 고장초 추출물(100 μg/ml에서 2.1, 1.6, 1.7, 1.5배) 또는 tricin (250 ng/ml에서 2.6, 1.8, 2.2, 2.0배) 처리로 증가했으며, 이는 고장초 추출물의 HepG2 세포 보호 효과는 tricin의 활성과 관련이 있다는 것을 시사한다. 종합하면 고장초는 간 기능개선 관련 기능성 식품 소재로 개발이 가능할 것으로 기대된다. Zizania latifolia has long been used as a tea for both edible and medicinal purposes. However, research into the use of Z. latifolia as a high value-added edible material is lacking. In a previous study, we confirmed that tricin is the major component in Z. latifolia. In this study, we investigated the protective effect of a Z. latifolia extract (ZLE). Toxicity tests of ZLE or tricin on HepG2 cells revealed no toxicity due to ZLE or tricin at all concentrations used. The reduction in cell viability by tert-butyl hydroperoxide (t-BHP) was suppressed by treatment with ZLE or tricin. In addition, ZLE or tricin effectively inhibited the production of reactive oxygen species (generation of hydrogen peroxide, alkoxy free radicals, and peroxyl free radicals by t-BHP) and oxidative damage. ZLE or tricin treatments also increased the protein expression of superoxide dismutase 1 (SOD1), catalase, heme oxygenase-1 (HO-1), and nuclear factor erythroid-related factor 2 (Nrf2), which are known as antioxidant enzymes, suggesting that the protective effect of ZLE is related to activation of tricin. Taken together, the results indicate that Z. latifolia can be developed as a functional food material for improving liver function.

폐타이어 분말의 Acidithiobacillus 종에 의한 탈황 메커니즘

박세호(Se-Ho Park),이민지(Minji Lee),김동학(Donghak Kim),이재열(Jae-Yeul Lee),양선아(Seun-Ah Yang),방대석(Daesuk Bang),지광환(Kwang-Hwan Jhee) 한국고분자학회 2015 폴리머 Vol.39 No.4

폐타이어(WTR)는 안정한 가교결합을 하고 있어 자연 상태에서 변형되기 어려워 환경 문제를 일으킨다. 이에 우리는 Acidithiobacillus 종을 이용하여 폐타이어의 분말 크기에 따른 생물학적 탈황 메커니즘을 연구하였다. 본 연구에서는 FTIR-ATR과 XPS를 사용하여 탈황 전후의 폐타이어 표면의 화학구조 및 화학적 결합을 측정하였다. FTIR-ATR 분석 결과, C=C 결합(1540 cm<SUP>-1</SUP>)에서의 값이 탈황 후 감소하였으며, XPS 분석으로, 탈황된 폐타이어(DWTR)의 표면에서 S-O, S-S, S-C 결합이 감소함을 확인하였다. 또한 DTNB 정량법과 황산 이온의 양을 측정함으로써 WTR과 DWTR의 탈황을 확인하였다. 결론적으로 Acidithiobacillus 종들은 WTR 표면의 가교결합인 S-S 결합을 파괴하여 sulfoxide, sulfone, SO4<SUP>2-</SUP> 이온의 형태로 변화시킴을 확인하였다. Waste tire rubber (WTR) is hard to transform naturally because of the stable crosslinked structure of rubber material, resulting in environmental problems. Here, we investigated the biological desulfurization mechanism of WTR by Acidithiobacillus strains (Acidithiobacillus thioxidans and Acidithiobacillus ferrooxidans) by the size of crushed WTR. The surface chemical groups of desulfurizated waste tire rubber (DWTR) were analyzed by FTIR-ATR and XPS. FTIRATR data exhibited C=C bonds (1540 cm<SUP>-1</SUP>) decreased after desulfurization. XPS data showed S-O, S-S and S-C bonds were remarkably decreased on the surface of DWTR. Also, we confirmed desulfurization between WTR and DWTR by DTNB assay and SO4<SUP>2-</SUP> ion measurement. Taken together, Acidithiobacillus species break the crosslinked disulfide bonding on the surface of WTR, resulting in sulfoxide, sulfone, and sulfate ions.