용융탄산염 연료전지(MCFC)는 $650^{\circ}C$에서 작동하는 고온형 연료전지 시스템이다. 이 시스템은 천연가스 등을 개질하여 생산된 수소를 바로 전기로 생산할 수 있는 시스템으로 열효율이 높으며, 현재 대체 발전시스템으로 각광을 받고 있다. MCFC는 개질방식에 따라 내부개질 방식과 외부개질 방식이 있다. 내부개질 방식은 수소를 생산하는 개질기가 스택내부에 장착된 형식으로 천연가스를 스택내부에서 개질하여 바로 전기를 생산하는 방식이다. 이 내부개질반응에 사용되는 촉매로는 알루미나에 담지된 니켈(Ni) 계열촉매이 주로 쓰이고 있다. 또한 내부개질촉매의 형태는 작은 원주형의 촉매형태로 성형되어 사용된다. 이 성형된 촉매의 크기가 바로 내부개질 스택의 크기를 결정하는 중요한 요소이다. 그래서 촉매의 크기는 되도록이면 작게 성형하는 것이 중요하다. 그러나 촉매의 크기가 너무 작으면 촉매를 성형하는데 큰 어려움이 생기게 된다. 본 연구에서는 니켈 촉매를 공침법이 아닌 균일용액침전법을 이용하여 제조하였으며, 이 촉매를 이용하여 지름이 약 2 mm 이하로 촉매를 압출성형하는 방법을 연구하였다. 먼저 요소(urea)를 이용한 균일용액침전법으로 촉매를 제조하였다. 최적의 촉매 합성조건을 살펴보기 위해서, 반응 온도를 80, 85, 90, 95, $100^{\circ}C$로 변화 시키면서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 그리고 촉매의 적절한 니켈 양을 알아보기 위해서 니켈의 양을 30, 40, 50, 60, 70 wt%로 변화 시켰으며, 조촉매로 사용되는 MgO 양을 5, 10, 15, 20 wt%로 변화 시켜서 제조된 촉매의 특성을 살펴보았다. 물성을 비교하기 위해서, X-선 회절분석(XRD) 및 TPR, 물리화학흡착을 하였다. 그 결과 침전반응온도가 $80^{\circ}C$에서 촉매가 가장 좋은 물성을 보였으며, 우수한 개질성능을 보였다. 그리고 촉매 활성물질인 니켈의 함량은 50 wt% 정도가 가장 적절한 함량이었으며, MgO의 함량이 15 wt%일 때 가장 우수한 물성과 개질 성능을 보여주었다. 이 촉매들은 공침법으로 제조된 상용촉매와 비교하였을 때, 보다 우수한 물성과 개질성능 보였다. 그래서 이 촉매를 균일침전법을 이용하여 대량으로 제조한 다음 압출성형 방법을 이용하여 촉매를 원주형으로 제조하였다. 먼저 제조된 촉매는 별도의 분쇄작업(볼밀 혹은 제트밀)을 거치지 않아도 입자사이즈가 약 $4{\mu}m$ 수준이 나오도록 촉매 제조조건을 조절 하였다. 그리고 소량의 Methyl cellulose(MC) 바이더와 물만 사용하여 촉매를 혼합한 다음 스크류 압출기를 이용하여 촉매를 성형하였다. 이 촉매는 지름이 약 2 mm 이하로 제조할 수 있었으며, 기계적 강도는 타정기로 성형한 상용촉매보다 우수하였다. 그리고 촉매 성능 또한 상용촉매와 비교하였을 때, 우수한 성능 보였다. MCFC용 내부개질 촉매로 균일용액침전법을 사용한 촉매가 적합하다고 판단되며, 압출성형에도 적합하다고 판단되었다.
Extrusion cooking treatment was compared with autoclaving/cooling treatment for formation of enzyme resistant starch of high amylose corn starch (HACS). Effects of barrel temperature $(100^{\circ}C,\;120^{\circ}C,\;140^{\circ}C)$ and feed moisture content (25%, 35%, 45%) on extrusion processing in a co-rotating twin-screw extruder under fixed screw speed (100 rpm) were investigated by measuring enzyme resistant starch (RS) yield. RS yield were estimated by in-vitro pancreatin digestion method and enzymatic-gravimetric method using termamyl. Barrel temperature and yield of RS were negatively correlated and feed moisture content and yield of RS was positively correlated as determined by in-vitro pancreatin method. The highest yield (38.4%) of RS was obtained from HACS extrudate processed at the barrel temperature of $100^{\circ}C$ and the feed moisture content of 45%, while the yield of RS by 5 times of autoclaving/cooling was 25%. The yield of RS by in vitro pancreatin digestion method was 20.7% with high amylose corn starch and 8.2% with ordinary corn starch (CS), respectively, under the same extrusion condition (barrel temperature $120^{\circ}C$, feed moisture content 35%). At the same condition, the yields of RS by enzyme-gravimetric method were 14.6% with HACS and 6.8% with CS, respectively. The yield of RS increased during the storage at $4^{\circ}C$ for 4 weeks and the highest yield (60%) was obtained by the storage of HACS extrudates extruded at $100^{\circ}C$ and 45% feed moisture content.
Jung, Jong Ki;Park, Kihun;Bang, Daesuk;Oh, Myunghoon;Kim, Bongseok;Lee, Jong Keun
Polymer(Korea)
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v.38
no.2
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pp.250-256
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2014
Polypropylene (PP) composites containing conductive multi-walled carbon nanotube (MWNT) and stainless steel short fiber (SSF) were manufactured using a twin screw extruder and characterized their surface resistivity and mechanical properties in this work. Surface resistivity measurements showed that the percolation threshold appeared at a lower MWNT loading when a small amount of SSF was added to PP/MWNT composites. Tensile modulus and strength of the composites increased but elongation-at-break decreased greatly compared to pure PP. Also, the effects of MWNT and SSF on storage modulus and tan ${\delta}$ from dynamic mechanical analysis for the composites were examined, and the morphologies of fractured surface and the fillers were observed using a scanning electron microscope.
Kim, Dong-Wook;Kang, Chin-Yang;Kang, Changmin;Park, Jun-Bom
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.9
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pp.228-234
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2016
The aim of this study was to develop pharmaceutical dosage forms with a bi-phasic drug using a double extrusion approach. Hot melt extrusion was performed using a co-rotating twin-screw extruder. The. 1st melt extrusion was performed using polymer with a relatively higher Tg, such as HPMC and the 2nd melt extrudate was obtained using the 1st extrudate and polymers with a lower Tg, such as HPMC-AS and PEO. In addition, the formulation with all the content in the same proportion as the double extudate was produced using single extrusion for comparison. Physical characterization was performed on the formulations employing differential scanning calorimetry (DSC). In vitro release tests were studied using a USP Type-I apparatus at $37{\pm}0.5^{\circ}C$ and 100 rpm. The similarity factor (f2) was also used to check the difference statistically. The DSC results indicated that the crystallinity of ibuprofen was changed to an amorphous state after extrusion in both double and single melt extrusion. Double melt extrudate with ibuprofen showed the desired release in acidic media (pH 1.2) in the first two hours and basic (pH 6.8) during six hours. Double melt extrudate with glimepiride showed faster release in 60 min of over 80%, whereas the single extrudate with glimepiride showed retarded release due to the interaction with HPMC. The similarity factor(f2) value was 28.5, which demonstrates that there were different drug release behavior between the double and single extrusion. Consequently, the double melt extrudated formulation was robust and gave the desired drug release pattern.
The effect of styrene-ethylene/butylene-styrene (SEBS) on the blend of polyphenylene sulfide (PPS) and polyethylene terephthalate (PET) was investigated. The blends were extruded by a single screw extruder equipped with a Maddock mixing screw, and their molded properties were examined. After the binary blends were prepared on the whole compositions of PPS/PET (80/20, 60/40, 40/60, 20/80), the thermal, rheological, mechanical properties and morphology of the blends were analyzed. The results showed the significant decline in the properties of the blends owing to the incompatibility between PPS and PET phases. As a basic blend composition, the PPS/PET (40/60) blend was selected by considering cost efficiency. To this basic blend, SEBS was added as a compatibilizer. With increasing SEBS addition, the mechanical properties were improved. From the domain size reduction observed in morphology, it might be due to the enhancement of compatibility between linear PPS and PET phases by addition of SEBS.
Polypropylene(PP : continuous phase)/poly (styrene-co-acrylonitrile)(SAN : dispersed phase) blends, and PP/poly(acrylonitrile-butadiene-styrene) (ABS : dispersed phase)blends, containing various amounts of compatibilizer(PP-SAN graft copolymer), were prepared at various shear rates by using twin-screw extruder. In the PP/SAN blend, the average size of the dispersed particles(SAN) was increased with SAN content, while the flexural strength and tensile strength were decreased with SAN content. When the screw rpm was increased from 10 to 60 rpm, the size of the dispersed phase was decreased while the flexural strength and the tensile strength were increased. Maximum mechanical strength and minimum droplet size were observed when the 5 phr compatibilizer was added to the PP/SAN blends. The mechanical strength of PP/ABS blends such as flexural strength and tensile strength increased by adding compatibilizer was reached maximum when blends contained 5 phr compatibilizer.
The effect of compatibilizer types on the properties of polyphenylene sulfide (PPS)/polyethylene terephthalate (PET) blends was investigated. The blends were extruded by a single screw extruder attached with a Maddock mixing zone and their molded properties were examined. As a basic blend composition, a linear PPS/PET (40/60) blend was selected based on cost efficiency. Three types of compatibilizer, SEBS, modified SEBS, and modified PS were added to the basic blend to improve the properties. The thermal, rheological, mechanical properties and the morphology of the ternary blends were analyzed. The maximum mechanical properties of blends was found at 1 phr of m-SEBS or m-PS content, whose values were almost the same as the theoretical values of miscible blend system. It seemed to by the case that the partial reaction between compatibilizer and the basic blend caused the enhancement of compatibility between linear PPS and PET phases. These ternary blends would be applicable as economic linear PPS alloys.
The effects of amylase addition during extrusion cooking of rice on the physico-chemical properties of the extrudates were investigated in order to develop rice-based Korean style weaning food products. A laboratory-built single screw extruder was used, the enzymes used were Termamyl 120LS(amylase from Bacillus licheniformis, NOVO Co.), BAN 240L(amylase from Bacillus amylolichuefaciens, NOVO Co.) and malt powder. By the addition of enzymes, the water soluble index of the extrudates increased by 3 times compared to that of the extrudates without enzyme and the concentration of reducing sugar in the extrudates increased drastically at 28 feed moisture. The gel permeation chromatographic pattern showed that the large molecular starch fractions diminished by the addition of enzyme during extrusion and the low molecular fraction increased. The residual enzyme activity in the extrudate were 27% for the most thermo-resistance enzyme by treating at $140^{\circ}C$ in the metering section of the extruder. The sediment volume of the extrudate dispersion increased as the metering section temperature increased to $140^{\circ}C$ . By the addition of enzymes the viscosity of extrudate dispersion was redused $1/4{\sim}1/200$ of that of the extrudates without enzyme. It allowed to use 1.8 times of solid material to the weaning food formulation to attain the same level of consistency as the commercial products. It proves that the addition of amylase during rice extrusion is effective to increase the energy density of weaning food by starch degradation, which results in the increases of water solubility, reducing sugar content, dispersibility and fluidability.
Effect of different mixing ratio of non-glutinous and glutinous rice on physical and rheological properties of extrudate prepared in a single screw extruder were examined. The extrusion conditions in term of screw speeds, moisture content and die temperature were 258 rpm, 18% and $120^{\circ}C$, respectively. The resisdence time distribution of the most of materials were within 30 second and small portion of them went up to 80 second. The expansion ratio was the highest value (2.93) for 70% of glutinous rice in the mixture, while the lowest value for 100% of non-glutinous rice. Breaking strength was in the range between 1,051g and 1,117g for $10{\sim}20%$ of glutinous rice in the mixture, while the lowest value (737g) for 80%r of glutinous rice. As the amount of glutinous rice increased, L and a values were increased and b value was decreased. The uncooked cold paste viscosity had 400 B.U. for 100% non-glutinous rice , while no peak for the 100% glutinous rice. As the amount of glutinous rice increased up to 100%, the water absorption index (WAI) was decreased, while water solubility index (WSI) was increased. The rheological properties of extrudate were accounted by the law of Oswald. The flow behavior index of extrudate was less than 1.0, which showed pseudoplastic behavior. Yield stress was the highest value for 20% of glutinous rice in the mixture and the lowest value for $80{\sim}100%$ of glutinous; rice. Number of air cell was between 128 and 159 for $80{\sim}100%$ of glutinous rice in the mixture, while $81{\sim}84%$ for $0{\sim}20%$ of glutinous rice. The degree of shapefact was increased more when the mixtures of glutinous and non-glutinous rice was used than when glutinous or non-glutinous rice was only used.
Wood Polymer Composite (WPC) has attracted a great deal of attention in environmental industries due to renewable resources, processability, excellent physical properties and logging regulations for application to housing units and engineering construction materials. In this study, commercial WPCs were prepared by using a modular intermeshing co-rotating twin screw extruder. The effect of three main factors such as wood flour contents, coupling agent concentrations and pre-treatment of wood flour on the properties of WPCs was extensively investigated. It was found that tensile strength and thermal stability were decreased with increasing wood flour contents whereas the water absorption was increased. Addition of maleic anhydride grafted polypropylene (PP-g-MA) into WPC exhibited better physical properties. On the contrary, the water absorption was slightly decreased with PP-g-MA. Finally the sample, which was prepared with pre-treated wood flour, represented the highest tensile strength. However, the water absorption of the sample was increased due to the transition of crystalline structure of cellulose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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