구약감자(Amorphophallus konjac)로부터 glucomannan 현탁액을 제조하고 그 유동특성을 구명하였다. 구약감자 glucomannan 현탁액은 항복응력이 없는 비뉴우톤성유체의 거동을 보여주었으며 다른 다당류 현탁액보다 일정 전단속도에서의 전단응력이 대체적으로 높게 나타났다. n값의 변화로 보아 구약감자분말 현탁액은 팽창유체의 경향을 약간 보인 반면 예비정제 구약감자분말 및 정제 glucomannan 현탁액의 경우는 의가소성유체의 거동을 보여주었다. 온도가 높아짐에 따라 구약감자 glucomannan 현탁액은 일정 전단속도에서의 전단응력의 크기가 감소하는 경향을 보여주었으나 그 감소정도는 비교적 균일하였다. 구약감자 glucomannan 현탁액은 pH 7에서 가장 점성이 높았으며 pH가 이보다 높아지거나 낮아지면 점성이 약간씩 감소하였다. 또한 1%까지의 식염첨가에 의해서는 점성변화가 거의 나타나지 않는 반면 10%까지의 설탕첨가에 의해서는 점성이 감소하다 그후 증가하는 양상을 보여주었다.
본 연구에서는 $SiO_2$ 계열 젤화제로 알려진 Aerosil(R) R972, Silica 230, Silica 530을 사용하여 케로신 기반 젤 연료를 제작하였다. 케로신 계열 연료로는 Jet A-1을 사용하였으며 젤화(gelification) 여부를 확인하기 위한 전단박화(shear thinning) 현상은 멱법칙(power-law) 모델을 이용하여 검증하였고 제작된 모든 젤 연료는 전단박화 효과와 함께 $SiO_2$ 젤화제의 함유량이 증가할수록 젤의 점도가 높게 형성됨을 확인하였다. 본 연구에서 사용된 젤화제 중 Aerosil(R) R972를 첨가한 젤 연료의 점성계수가 전단률 전 영역에 걸쳐 멱법칙 모델을 따르는 것이 확인되었으며 상대적으로 Silica 230과 Silica 530을 첨가한 젤 연료는 전단률 150 [1/s] 근방 이하에서 멱법칙이 유효하지 않음을 알 수 있었다. 또한, 젤화제 함유량이 증가할수록 vortex 혼합법과 수동 혼합법 간의 유변학적 특성이 크게 차이 나는 것이 관찰되었다.
젤 추진제와 유변학적 특성이 유사한 모사 젤 추진제를 물, Carbopol 941, NaOH 농축액을 혼합하여 제작하였고, $Al_2O_3$ 나노 입자를 첨가하여 점도 특성을 비교하였다. 두 가지 모사 추진제의 물성치를 바탕으로 곡관 덕트 내에서의 유동특성을 수치모사하여 해석하였고 덕트에 Dean vortices가 발생하는 임계 Dean 수를 도출하였다. 젤-나노 추진제의 경우 비록 높은 겉보기 점성계수를 가지나 젤 추진제와 비교시 같은 범위의 임계 Dean 수가 도출되었다. 이는 Fellouah et al.[1]이 제시한 바와 같이 비슷한 값의 Power law 지수에 기인하는 것으로 판단된다.
본 연구에서는 n-데칸과 물을 혼합한 에멀젼 연료를 제조하고, 연료의 유변학적 안정성을 측정하였다. 에멀젼 연료는 n-데칸과 순수, 유화제로 Span 80을 혼합하여 제조되었다. 연료 내부 물 부피비 및 연료온도 증가는 연료의 상분리를 촉진시키는 요소로 확인되었다. 연료의 물 부피비, 온도 및 제조시간 경과에 따른 유변학적 변화를 관찰하였을 때, 물 부피비가 증가할수록 연료의 비뉴턴 유체거동이 확인되었으며, 온도가 높아질수록 연료 내부 물액적 응집으로 인한 점도감소가 관찰되었다. 낮은 물 부피비에서는 연료 제조시간에 따른 점도변화가 크지 않았으나, 혼합비가 3:7 인 경우 3시간 이후부터 점도의 점진적인 감소가 관찰되었다.
본 연구에서는 토석류의 유동과 밀도 변화를 분석하기 위해 운동량방정식으로 단순화된 2상 유한체적모델(Landflow 모델)을 구성하였으며, Hershel-Buckley 유동모델을 사용하여 토석류의 내부 및 기저 마찰과 복잡한 지형 및 연행침식을 분석하였다. 또한 토석류 해석 모델을 수치적으로 해결하기 위하여 Harten-Lax-van Leer-Contact(HLLC) 방법을 포함한 관련 유한체적모델을 도입하여 토석류의 경계면에 대한 해를 구하였다. 충격흡수능력, 수치적 등방성, 모델정확도, 질량보존을 검증하기 위해 제안된 모델을 기반으로 원형 댐파괴, 비뉴턴 유체의 댐파쇄 및 다중 토석류 사례분석을 수행하였다. 해석 결과로부터 본 해석모델의 토석류 해석에 대한 수치적 안정성과 정확도를 확인하였다. 또한, 다양한 유동학적 특성의 토석류 흐름을 체계적으로 시뮬레이션하고 토석류 유동특성이 거동에 미치는 영향을 분석하였다.
Methylobacterium organophilum 이 탄소원과 에너지원으로서 메탄올로부터 생성하는 새로운 다당류계 생물고분자의 화학적 성질과 물성학적 성질을 관찰하였다. 분리정제한 다당류의 분자량은 약 4-5$\times$$10^6$ dalton 정도로 고분자량을 지니고 있다. 다당류의 화학적 조성은 건조중량의 66%가 탄수화물로 구성되어 있으며 이들의 88%가 환원당으로 구성되어 있다. 특이하게 본 고분자는 건조중량의 4.7%가 단백질로 구성되어 있다. 다당류는 glucose, galactose, 그리고 mannose을 몰비로 2:3:2 함유하고 있으며 탄수화물 이외에도 pyruvic acid, uronic acid, acetic acid 등을 함유하고 있다. 정제된 다당류를 증류수에 용해시켜 농도별로 점도를 측정한 결과 비뉴톤성 성질 중 pseudoplastic 성질을 보였으며 농도가 증가함에 따라서 겉보기점도 증가가 월등히 높았다. 동일한 1% 용액의 경우 K(consistency index)값을 비교하면 xanthan gum에 비해 약 10배정도 높은 18,000 cp 값을 나타내었다.
구강건조증 환자에서 자주 발생하는 구강 연조직과 경조직의 손상은 구강건조증 환자의 삶의 질에 심각한 문제를 일으킨다. 타액선의 기능을 완전히 상실한 구강건조증 환자의 경우 인공타액은 유일한 처치법임에도 불구하고, 현재 통용되고 있는 인공타액은 환자들의 기대치에 비해 많이 부족한 실정이다. 본 연구는 CMC 용액과 인공타액의 점도와 습윤성을 비교함으로써 향후 이상적인 인공타액의 개발에 필요한 정보를 얻고자 시행되었다. CMC를 타액모방완충용액(simulated salivary buffer, SSB)과 증류수에 용해시켜 동물 mucin 용액을 완성한 후, 이를 인체 전타액, 인체 개별 타액선 타액, 그리고 CMC를 주성분으로 하는 인공타액인 Salivart 및 Moi-Stir와 비교 분석하였다. 점도는 cone-and-plate digital viscometer로 검체 당 6개의 전단율에서 측정하였고, 습윤성은 아크릴릭 레진과 Co-Cr alloy 표면 위에서의 접촉각 측정을 통해 평가하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. CMC 용액의 점도는 CMC 농도에 비례하여 증가하였으며, 0.5% CMC 용액의 점도는 비자극성 전타액의 점도와 유사하였다. 반면에 CMC 용액의 접촉각은 점도와는 반대로 CMC 농도를 증가시킴에 따라 감소하였다. 2. 인체 타액의 점도는 전단율 증가에 따라 감소하는 non-Newtonian fluid의 특성을 나타내었다. 다양한 전단율에서의 평균 점도는 자극성 이하선 타액, 자극성 전타액, 비자극성 전타액, 자극성 악하선-설하선 타액의 순으로 증가하였다. 3. 인체 타액의 접촉각은 점도와는 반대로 자극성 이하선 타액, 자극성 전타액, 비자극성 전타액, 자극성 악하선-설하선 타액의 순으로 감소하였다. 4. 타액모방완충용액에 용해시킨 CMC를 가열하여 변성시킨 경우 점도가 감소하였다 (P < 0.01, 전단율 $90s^{-1}$). 5. 인체 타액의 아크릴릭 레진 표면에서의 접촉각은 인체 타액의 Co-Cr alloy 표면에서의 접촉각보다 유의하게 작은 것으로 나타났다 (P < 0.01). 6. 인체 타액의 아크릴릭 레진 표면에서의 접촉각은 CMC 용액의 아크릴릭 레진 표면에서의 접촉각보다 유의하게 작은 것으로 나타났다 (P < 0.01). 이번 연구에서 CMC 용액의 유동학적 성질을 객관적으로 확인할 수 있었으며, 이상의 결과를 종합하여 보면 CMC는 향후 효과적인 인공타액의 개발에 있어서도 중요한 역할을 수행 할 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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