• 한국지반공학회논문집
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• 제40권3호
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• pp.55-63
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• 2024

잔탄검 바이오폴리머는 대표적인 친환경 지반안정제로서, 넓은 범위의 온도와 pH에서 높은 안정성을 보이는 장점이 있다. 사질토 지반에 대한 잔탄검 바이오폴리머 적용 시 흙 입자 결합력 증대효과는 잔탄검 매트릭스의 건조과정에 의존하므로, 잔탄검 바이오폴리머 수용액의 건조과정에 따른 사질토 전단강성 증대효과에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 잔탄검 바이오폴리머 주입에 의한 사질토의 전단강성 개선효과를 평가하고자, 농도가 다른 잔탄검 바이오폴리머 수용액을 주입한 주문진 표준사에 대하여 건조 경과에 따른 전단파속도를 측정하였으며, 건조도의 정량적 평가를 위하여 전기비저항 측정이 병행되었다. 건조시간 경과에 따라 전단파속도 및 전기비저항 모두 증가하는 양상을 보였으며, 이를 통하여 건조과정에 따른 바이오폴리머 혼합토의 전단강성 증대효과를 확인하였다. 또한, 바이오폴리머 농도에 따른 전단파속도 측정 결과, 초기 농도가 높을수록 건조과정에 따라 높은 전단강성 증대효과를 나타내었다. 본 연구의 결과는 바이오폴리머 수용액 주입에 의한 사질토 지반의 전단강성 개량효과 예측에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제7권4호
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• pp.262-273
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• 2020

본 연구에서 사용한 바이오폴리머 (biopolymer)는 친환경 제방 건설 소재로 연구 되고 있다. 이러한 바이오폴리머를 토양에 혼합할 경우 이온결합 및 수소결합을 통해 토양의 강도 증진 효과가 잘 알려져 있지만 바이오폴리머와 혼합된 토양이 식물에 미치는 영향은 자세히 알려져 있지 않다. 본 연구는 Zn 과잉 스트레스 조건에서 바이오폴리머의 토양 혼합이 Camelina sativa L. (Camelina)에 미치는 영향을 분석 하였다. Camelina의 생장실험을 기반으로, Zn 과잉 스트레스에 대한 최적의 바이오폴리머 혼합 비율은 0.5%로 결정하여 연구를 진행하였다. Zn 과잉 스트레스 하에서, BG 또는 XG 혼합구의 Camelina는 바이오폴리머 비혼합구에 비해 높은 생장을 보였으며, Zn 과잉 스트레스 피해 지표인 Malondialdehyde (MDA) 함량과 전해질유출도의 감소를 나타냈다. 바이오폴리머의 Zn 결합능을 DTZ (1,5-diphenylthiocarbazone)을 이용하여 분석한 결과, BG 또는 XG 모두 명확한 Zn 흡착 반응을 보였다. DTZ 염색 및 ICP-OES 분석에서, Zn 과잉 스트레스에 의한 Camelina의 Zn 흡수량이 BG 또는 XG 혼합에 의해 현저히 감소함을 확인하였다. 그리고, BG 또는 XG의 혼합은 Camelina의 중금속 수송체 Heavy metal ATPase (HMA)의 발현을 유도하지 않았으며, 야생형 (wildtype, WT)보다 CsHMA3가 과발현 된 Camelina에서 BG 또는 XG 혼합구와 유사한 수준의 Zn 과잉 스트레스 저감 효과를 확인하였다. 결론적으로, 바이오폴리머의 토양 혼합은 바이오폴리머와 Zn 사이의 결합에 의해 Camelina에 과도한 Zn 이온이 흡수되는 것을 방지하여 Zn 독성 피해를 감소시키는 것으로 확인되었다. 더 나아가 바이오폴리머의 토양혼합은 제방강화뿐만 아니라 중금속으로 오염된 토양에서 식물 생존에 긍정적으로 작용할 것이라 판단된다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권3호
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• pp.163-170
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• 2019

신설 제방의 사면 안정화를 위해 사용하는 토목 자재는 완공 이후 유입되는 식생의 종류 및 생장에 큰 영향을 미친다. 최근 미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열 바이오폴리머가 식물의 생육을 촉진시킬 수 있는 새로운 친환경 제방 사면 안정화 물질로 주목 받고 있다. 본 연구는 바이오폴리머 신소재의 생태성 평가를 목적으로, 특히 생태계 내에서 다수를 차지하는 우점 식물종들이 생태계의 특성을 크게 좌우하는 점에 주목하여, 바이오폴리머 신소재가 국내 하천에서 흔히 발견되는 자생 초본 식물 8종과 녹화용 식물 2종의 발아 및 생육에 미치는 영향을 시험하였다. 시험 식물종들의 종자 발아율은 바이오폴리머가 혼합된 토양의 영향을 받지 않았다. 반면 식물 생육은 바이오폴리머가 혼합된 토양에서 증가하였는데, 특히 돌피의 경우 약 2배정도의 총 생물량이 증가하였다. 식물 뿌리의 생육이 증가하는 경향을 보였고, 잎의 건중량 대비 엽면적이 증가하였다. 뿌리의 생육 증진과 잎의 건중량 대비 엽면적 증가가 환경 스트레스에 적응된 식물종들의 대표적 기능 형질인 점을 감안하면, 제방 사면에 처리된 바이오폴리머 신소재는 국내 하천 우점종들의 생육 및 환경 스트레스 저항성을 높일 것으로 예측된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.144.2-144.2
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• 2015

폴리머는 물건 포장, 산업재, 자동차 등 다양하게 사용되는 물질이다. 그런데 이러한 폴리머 제품을 제조하기 위해서는 일정 규모의 생산시설이 필요하다. 최근, 플라즈마를 이용한 여러 가지 폴리머 합성법들이 개발되면서 보다 편리하고 간편한 생산법이 제시되고 있으며, 다양한 분야에서 그 응용가능성을 타진하고 있다. 본 연구에서는 비교적 간단하게 플라즈마를 발생시킬 수 있는 대기압 AC 플라즈마 장치를 이용해 가장 많이 응용되고 있는 methyl methacrylate($C^5H^8O^2$)와 ethyl methacrylate($C^6H^{10}O^2$)를 폴리머로 합성했다. 이렇게 합성된 각 폴리머의 여러 가지 특성평가와 합성과정에서 부각된 여러 변수 및 합성 메커니즘에 대해서 살펴본다. 그리고 향후 플라즈마를 이용한 다양한 폴리머합성 가능성과 농업, 식품, 환경개선, 바이오 등의 응용 가능성에 대해서도 살펴볼 예정이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.645-653
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• 2021

바이오폴리머는 살아있는 유기체에 의해 생성되는 고분자 화합물의 통칭이다. 이 중 미생물의 부산물로 만들어지는 유기성 고분자 화합물인 잔탄, 베타글루칸 등은 물질의 점성을 높이는데 사용되는데 이를 물에 희석하여 모래나 진흙과 혼합하면 압축강도와 전단강도를 높일 수 있다. 본 연구에서는 특수하게 흙의 강도를 높이기 위한 목적으로 개발된 잔탄 및 베타글루칸 계열의 바이오폴리머와 흙을 혼합하여 제조한 배합토를 하천 제방 호안에 도포하고 겨울을 지낸 후의 변화를 3차원 지상 LiDAR를 활용하여 모니터링 하였다. 동절기 전후 지상 LiDAR 측량을 통하여 취득한 3차원 점군자료를 이용하여 테스트베드 주요 구간의 변화를 분석한 결과 바이오폴리머 배합토를 도포한 두 구간에서는 눈으로는 확인하기 어려울 정도로 변화가 없었던 반면 바이오폴리머 배합토를 사용하지 않은 자연제방 구간에서는 세류침식(Rill erosion)으로 인한 토양손실이 확인되었다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제5권3호
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• pp.180-188
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• 2018

하천 제방의 토양 안정화 물질의 하나로, 미생물 유래 베타글루칸과 잔탄검 계열 바이오폴리머를 사용하고자 하는 연구가 현재 진행중이다. 본 연구의 목적은 바이오폴리머 신소재의 생태성 평가의 일환으로, 바이오폴리머가 국내 하천에 자생하는 식물의 씨앗 발아 및 생육에 미치는 영향을 평가하는 것이다. 낙동강과 영산강에 자생하는 총 9종의 식물을 대상으로 시험한 결과, 발아율, 총 건중량, 지상부 건중량, specific leaf area 등 지상부 형질에서는 식물종 별로 다양한 바이오폴리머에 대한 반응을 나타냈다. 애기똥풀의 총 건중량과 지상부 건중량은 감소한 반면 타 식물종들은 건중량을 유지하거나 다소 증가시켰다. 반면 대상 식물종들의 뿌리 생장 (뿌리 길이, 지상부 대비 지하부 건중량)은 바이오폴리머가 처리된 토양에서 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과로 보아, 본 연구에서 시험된 바이오폴리머는 토양 강화 효과와 함께 자생 식물의 뿌리 생장을 촉진시켜, 제방을 강화시키는 역할을 할 것으로 기대된다. 그러나 화학물질들에 대한 식물 반응의 종 특이성을 고려할 때, 보다 광범위한 식물종을 대상으로 하는 연구가 필요할 것이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제22권12호
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• pp.65-70
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• 2021

우리나라 제방 중 내부침식에 의한 붕괴는 약 10% 이상을 차지하고 있다. 내부침식 뿐만 아니라 월류, 제체 불안정 등으로 인한 제방의 붕괴를 사전에 방지하고 최소한의 피해를 위하여 다양한 연구들이 시도되고 있고, 그 중 하나가 바이오폴리머 적용에 관한 연구이다. 바이오폴리머의 적용 분야에는 강도, 식생, 내침식성으로 나뉘며 본 연구에서는 내침식성에 대한 내용을 다룰 것이다. 본 연구의 목적은 모형제방의 다짐도 및 내부침식 유도로에 따른 붕괴양상을 검토하고 적합한 조건을 선정하여 바이오폴리머 혼합토 제방의 효과를 검증하기 위한 실규모 실험 기초자료를 확보하는 것이다. 모형제방의 다짐도를 상, 중, 하로 나누어 각각의 유도로 조건에 따른 침식양상을 검토하여 가장 적합한 실험 조건을 선정하였으며, 바이오폴리머 혼합토 처리 유무에 따른 효과를 확인하였다. 실험결과, 바이오폴리머 혼합토를 적용한 제방에서의 내부침식률이 크게 감소하였으며, 실제 제방에 적용이 가능할 것으로 판단된다. 그러나 본 연구에서는 스케일을 축소시킨 모형제방에 바이오폴리머 혼합토를 적용하여 실제 적용 가능한지 여부를 연구하였다. 따라서, 실제 현장적용성 평가를 위해서는 실규모 제방실험이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.184-184
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• 2016

대기압 플라즈마를 이용한 폴리머 합성은 기존의 합성방법에 비해 간단하고 쉽게 폴리머를 합성할 수 있다는 장점이 있다. 대부분의 폴리머는 합성온도가 $150^{\circ}C$ 이하이기 때문에 각 폴리머에 적합한 온도를 제어하는 것이 핵심이라 할 수 있다. 본 연구에서는 폴리머 합성온도를 제어하기 위하여 플라즈마 방전전극에 모노머를 직접 주입하지 않고 간접적인 방법을 선택했다. 그리고 모노머는 액체 공급 장치를 이용해 플라즈마의 가스량과 파워를 제어하면서 폴리머를 합성의 조건을 찾았다. AC 플라즈마를 이용해 methyl methacrylate($C_5H_8O_2$) 모노머를 폴리머로 합성했으며, 그 결과는 FTIR, XRD 등으로 분석하고 특성을 평가했다. FTIR의 결과, C-O, C-H, C=O 등의 전형적인 poly methyl methacrylate(PMMA)의 피크를 확인할 수 있었다. 그리고 XRD의 관찰결과 C1s 및 O1s의 각 binding energy가 각각 283, 285, 288 eV 및 533 eV 주변에서 확인되었다. 그리고 합성시간에 따라 폴리머의 두께가 비례해서 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 실험결과, AC 플라즈마를 이용한 폴리머합성은 가능한 것으로 확인되었으며 소형화 및 휴대가 가능하기 때문에 식품, 바이오, 의약품, 의료용품 등의 현장포장 등 여러 가지 용도로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• Composites Research
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• 제36권5호
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• pp.297-302
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• 2023

발포체를 성형하기 위한 방법으로는 여러 가지 방법이 있는데 일반적으로 가장 많이 사용되는 방법으로는 발포제를 섞은 레진을 고온, 고압상태에서 발포하는 가압발포 방법과, 압을 주지 않은 고온의 상태에서 발포하는 상압발포 방법이 있다. 발포에 사용되는 고분자들은 상압상태에서 발포를 시키기 위해서는 최적 발포조건에 대한 설계 및 분석이 필요하다. 친환경 바이오 기반 폴리머는 단독으로는 발포가 힘든 문제가 있어 기존의 발포체 제조가 가능한 수지를 혼합하여 발포체를 제조하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 바이오 기반 고분자의 함량 변화에 따른 바이오 기반 고분자와 EVA 혼합 발포체의 특성변화에 대해서 연구하였으며 가교도에 따른 최적 발포 조건에 대해서 연구하였다. 발포체의 기계적 특성 분석을 통해서 발포특성과의 상관관계에 대해서 연구하였다. 이 연구를 통해 바이오 기반 폴리머의 함량이 바이오 기반 폴리머가 포함된 발포체의 물성에 어떤 영향을 미치는지 알 수 있었고 상압 및 가압 발포 공정에 따른 차이점을 확인할 수 있었다. 또한, 바이오 기반 폴리머-EVA 복합 발포체의 상용화 가능성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.54-54
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• 2020

본 연구에서는 제방의 세굴이나 붕괴를 방지하기 위해 바이오폴리머(Biopolymer) 기반 신소재를 활용한 흙 제방의 보강공법을 제시하였다. 바이오폴리머 기반 제방의 보강공법은 흙과 바이오폴리머를 소량만 섞어도 흙의 강도 증진시킴과 동시에 빗물에 대한 내침식성과 식생의 생장을 촉진하는 생태성도 뛰어나기 때문에 제방 사면을 보호할 수 있는 친환경적이고 효율적인 공법이다. 이에 안동하천연구센터는 실증실험을 통한 신소재 제방 보강공법의 안정성 검증을 목표로 2 건의 월류붕괴 실험을 수행하였다. 첫 번째는 흙 제방 조건(Case 1)이며, 두 번째는 바이오폴리머 혼합 토양을 사면에 도포한 후 식생이 활착된 조건(Case 2)이다. 제방 붕괴에 따른 수로 내 수위변화를 측정하기 위해 압력식 수위계를 설치하였으며, 영상분석을 위한 다수의 카메라 및 드론을 활용하여 실험의 전 과정을 실시간 촬영하였다. 또한, 제내지 측 사면을 대상으로 월류에 따른 붕괴 지연효과를 정량적으로 제시하기 위해 이미지 픽셀 변화 측정 기법을 통한 시간에 따른 표면 손실률을 산정하였다. 흙 제방과 신소재 처리 제방의 시간에 따른 표면손실률을 비교한 결과, Case 2의 사면손실률이 Case 1에 비해 약 1.5~2.3 배 지연되는 것을 확인하였다. 하지만 단일 조건만으로 실험군과 비교군의 붕괴지연 결과가 제방 성능을 평가함에 있어서 일반화될 수 없으므로 이러한 정량적 평가는 다소 한계가 있다. 향후 이러한 부족한 부분을 해결하기 위한 노력과 다양한 조건의 추가실험을 통한 계측 데이터 및 붕괴지연시간의 평균값을 도출하여 신소재 제방의 안정성을 평가하기 위한 타당한 결과를 도출할 예정이다.