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Surface-modified Nanoparticle Additives for Wear Resistant Water-based Coatings for Galvanized Steel Plates

  • Becker-Willinger, Carsten;Heppe, Gisela;Opsoelder, Michael;Veith, H.C. Michael;Cho, Jae-Dong;Lee, Jae-Ryung
    • Corrosion Science and Technology
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    • 제9권4호
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    • pp.147-152
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    • 2010
  • Conventional paints for conversion coating applications in steel production derived mainly from water-based polymer dispersions containing several additives actually show good general performance, but suffer from poor scratch and abrasion resistance during use. The reason for this is because the relatively soft organic binder matrix dominates the mechanical surface properties. In order to maintain the high quality and decorative function of coated steel sheets, the mechanical performance of the surface needs to be improved significantly. In fact the wear resistance should be enhanced without affecting the optical appearance of the coatings by using appropriate nanoparticulate additives. In this direction, nanocomposite coating compositions (Nanomer$^{(R)}$) have been derived from water-based polymer dispersions with an increasing amount of surface-modified nanoparticles in aqueous dispersion in order to monitor the effect of degree of filling with rigid nanoparticles. The surface of nanoparticles has been modified for optimum compatibility with the polymer matrix in order to achieve homogeneous nanoparticle dispersion over the matrix. This approach has been extended in such a way that a more expanded hybrid network has been condensed on the nanoparticle surface by a hydrolytic condensation reaction in addition to the quasi-monolayer type small molecular surface modification. It was expected that this additional modification will lead to more intensive cross-linking in coating systems resulting in further improved scratch-resistance compared to simple addition of nanoparticles with quasi-monolayer surface modification. The resulting compositions have been coated on zinc-galvanized steel and cured. The wear resistance and the corrosion protection of the modified coating systems have been tested in dependence on the compositional change, the type of surface modification as well as the mixing conditions with different shear forces. It has been found out that for loading levels up to 50 wt.-% nanoparticles, the mechanical wear resistance remains almost unaffected compared to the unmodified resin. In addition, the corrosion resistance remained unaffected even after $180^{\circ}$ bending test showing that the flexibility of coating was not decreased by nanoparticle addition. Electron microscopy showed that the inorganic nanoparticles do not penetrate into the organic resin droplets during the mixing process but rather formed agglomerates outside the polymer droplet phase resulting in quite moderate cross linking while curing, because of viscosity. The proposed mechanisms of composite formation and cross linking could explain the poor effect regarding improvement of mechanical wear resistance and help to set up new synthesis strategies for improved nanocomposite morphologies, which should provide increased wear resistance.

Effects of Kaolinite (Macsumsuk) and Herb Mixtures on the Quality and Physicochemical Properties of Pork

  • Kim, Byung Ki;Hwang, Eun Gyeong;Jung, Dae Jin;Ha, Jae Jung;Oh, Dong Yep;Choi, Chang Bon
    • 한국축산식품학회지
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    • 제34권3호
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    • pp.395-402
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    • 2014
  • The current study was conducted to identify technology for the production of high quality pork, based on the meat consumption habits of consumers. Macsumsuk, a type of kaolinite (a clay mineral), and/or a mixture of herbs (Mori Folium, Sophorae Radix, Glycyrrhizae Radix, Citri Leiocarpae Exocarpium, and Pogostemi Herba) were added to the diets of fattening pigs. Sixty barrow pigs (4 kinds of treatment ${\times}5$ pigs/treatment ${\times}3$ replicates) were randomly assigned to either the Control (no additives), T1 (3% Macsumsuk), T2 (3% Herb mixtures), or T3 (3% Macsumsuk + 3% Herb mixtures) groups, and were fed the diets for 60 d. Dressed weights were in the order of T1 ($93.40{\pm}4.68kg$) > T2 ($91.40{\pm}6.52kg$) > Control ($88.80{\pm}1.57kg$) > T3 ($86.80{\pm}2.01kg$). Back-fat thickness of the Control animals ($23.2{\pm}1.03mm$) was significantly greater than that of the various treatment groups (p<0.01). Numeric values representing the carcass yield and quality grade were higher for all the treated groups than the Control group, thought the difference was not statistically significant. Crude fat content was significantly higher in the Control group ($2.23{\pm}0.34%$) than in the treated groups (p<0.05). The addition of both Macsumsuk and herb mixtures into the diets of the pigs significantly reduced cooking loss of the pork compared to the Control (p<0.05). No statistically significant changes were observed in the shear force (average $5.87{\pm}0.54kg/cm^2$), water holding capacity (average $54.59{\pm}3.16%$), or CIE values of the pork, whereas cholesterol levels significantly decreased (p<0.01) in those fed Macsumsuk and/or the herb mixtures. No significant changes in fatty acid composition, total saturated fatty acid (SFA), total unsaturated fatty acid (UFA), or UFA/SFA ratios were observed by any of the treatments. In conclusion, the results obtained from this study suggest that the addition of Macsumsuk and/or herb mixtures into the diets of growing and fattening pigs improves the pork quality by reducing cooking loss, decreasing cholesterol content, and enhancing sensory characteristics.

화강암 풍화토의 동상 발현 및 융해에 따른 변형 거동에 관한 연구 (Studies on the Frost Heave Revelation and Deformation Behaviour due to Thawing of Weathered Granite Soils)

  • 류능환;최중대;류영선
    • 한국농공학회지
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    • 제37권3_4호
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    • pp.61-71
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    • 1995
  • Natural ground is a composite consisted of the three phases of water, air and soil paircies. Among the three components, water as a material is weU understood but soil particles are not in foundation engineering. Especially, weathered granite soil generally shows a large volumetric expansion when they freeze. And, the stability and durability of the soil have shown decreased with repetitive freezing and thawing processes. These unique charcteristics may cause various construction and management problems if the soil is used as a construction material and foundation layers. This project was initiated to investigate the soil's physical and engineering characteristics resulting from freezing and freezing-thawing processes. Research results may be used as a basic data in solving various problems related to the soil's unique characteristics. The following conclusions were obtained: The degree of decomposition of weathered granite soil in Kangwon-do was very different between the West and East sides of the divide of the Dae-Kwan Ryung. Soil particles distributed wide from very coarse to fine particles. Consistency could be predicted with a function of P200 as LL=0.8 P200+20. Permeability ranged from 10-2 to 10-4cm/sec, moisture content from 15 to 20% and maximum dry density from 1.55 to 1.73 g /cmΥ$^3$ By compaction, soil particles easily crushed, D50 of soil particles decreased and specific surface significantly increased. Shear characteristics varied wide depending on the disturbance of soil. Strain characteristics influenced the soil's dynamic behviour. Elastic failure mode was observed if strain was less than 1O-4/s and plastic failure mode was observed if strain was more than 10-2/s. The elastic wave velocity in the soil rapidly increased if dry density became larger than 1.5 g /cm$^3$ and these values were Vp=250, Vg= 150, respectively. Frost heave ratio was the highest around 0 $^{\circ}C$ and the maximum frost heave pressure was observed when deformation ratio was less than 10% which was the stability state of soil freezing. The state had no relation with frost depth. Over freezing process was observed when drainage or suction freezing process was undergone. Drainage freezing process was observed if freezing velocity was high under confined pressure and suction frost process was occurred if the velocity was low under the same confined process.

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인진쑥 급여가 한우육의 이화학적·관능적 특성에 미치는 영향 (Physicochemical Properties and Sensory Score of Hanwoo Beef Loin after Feeding with Mugwort)

  • 문윤희;정인철
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제40권5호
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    • pp.731-737
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    • 2011
  • 본 연구는 인진쑥으로 TMR사료를 개발하여 한우에게 급여한 경우, 인진쑥의 급여가 한우 등심의 이화학적, 관능적 특성에 미치는 영향을 확인하였으며, 그 결과로 고급화된 기능성 한우의 생산 가능성을 검토하였다. 대조군(control)은 인진쑥을 혼합하지 않은 비육우 사료를 급여하였고, 급여군(treatment)은 인진쑥을 혼합한 비육우 사료를 급여하였다. 총 카테킨 함량은 대조군 및 급여군이 각각 0.307 및 0.516 mg/kg, 에피카테킨은 각각 0.087 및 0.116 mg/kg으로 급여군이 유의하게 높아 인진쑥 급여의 영향이 있었다(p<0.05). 명도 및 적색도는 급여군이 대조군보다 높았으나 황색도는 대조군과 급여군 사이에 유의한 차이가 없었다(p<0.05). pH는 급여군이 대조군보다 높았으며, TBARS는 대조군이 급여군보다 높았으나 VBN 함량, EDA% 및 총균수는 대조군 및 급여군 사이에 유의한 차이가 없었다(p<0.05). 보수력은 급여군이 대조군보다 유의하게 높았으며, 동결감량, 해동 감량 및 가열감량은 대조군 및 급여군 사이에 유의한 차이가 없었다(p<0.05). 경도, 응집성, 뭉침성, 저작성 및 전단력은 대조군 및 급여군 사이에 유의한 차이가 없었으나 탄성은 대조군이 급여군보다 높았다(p<0.05). 생육의 냄새는 급여군이 대조군보다 유의하게 우수하였으며, 열탕 가열육의 관능특성은 대조군 및 급여군 사이에 유의한 차이가 없었다. 그리고 팬 가열육의 맛, 연도, 다즙성 및 전체적인 기호성은 급여군이 대조군보다 유의하게 우수하였다(p<0.05). 이상의 결과에서 인진쑥의 급여는 항산화 물질의 축적으로 지방산화를 억제하고 보수력을 개선시키며, 기호성에도 좋은 영향을 미치기 때문에 기능성 고품질 한우육 생산을 위한 사료로서의 가능성이 기대된다.

인삼, 산약, 한약 부산물의 급여가 재래종 계육의 이화학적 특성에 미치는 영향 (Effects of Dietary Panax ginseng Leaves, Dioscorea japonica Hulls and Oriental Medicine Refuse on Physico-Chemical Properties of Korean Native Chicken Meat)

  • 김병기;황인업;김영직;황영현;배만종;김수민;안종호
    • 한국축산식품학회지
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    • 제22권2호
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    • pp.122-129
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    • 2002
  • 본 연구는 경상북도 축산기술연구소에서 보유하고 있는 재래닭 160수를 공시하여 인삼 부산물(잎 줄기), 산약 부산물(박피후 건조껍질), 한약(달인 후 찌꺼기) 부산물을 각각 5%씩 기본사료에 첨가급여하였다. 시험기간은 부화후 8주령에 시작하여 20주령에 종료하였으며, 재래종 계육의 육질에 미치는 영향을 알아보기 위해 이화학적 특성을 조사하였다.

수중 구조물의 보수·보강을 위한 수중 접착제, 에폭시와 섬유복합재의 개발 (Development of Underwater Adhesive, Epoxy, and FRP Composite for Repair and Strengthening of Underwater Structure)

  • 김성배;이나현;남진원;변근주;김장호
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제22권2호
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    • pp.149-158
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    • 2010
  • 현재 육상 노출 콘크리트 구조물의 보수 및 보강공법에는 많은 신기술이 개발되었고 연구도 많이 진행되고 있으나, 수중에 존치되어 있는 구조물, 즉 교각, 부두 잔교 및 강관파일과 같이 해수 및 수중에 잠겨 있으며, 지속적인 하중을 받는 콘크리트 및 강재의 보수보강 기술에 대한 연구는 많지 않다. 그러므로 이 연구에서는 해수나 수중에 있는 구조물의 보수 보강 공법에 사용할 수 있는 수중 에폭시를 개발하였고, 이 에폭시 재료와 보강섬유을 이용하여 수중용 FRP 복합재를 개발하였다. 개발된 재료의 성능을 검증하기 위하여 다양한 기초물성에 대한 시험을 수행하였다. 성능시험 결과, 개발된 에폭시는 수중에서도 풀림이 거의 없고 부유물질이 발생하지 않는다. 또한 수중이라는 제약 조건 속에서도 30,000 cps 이상의 높은 점성을 갖기 때문에 우수한 작업성을 보이며, 수중에서도 육상에서와 거의 유사한 2 MPa 이상의 부착성능을 발휘하는 것으로 나타났다. 내화학성 시험 결과에서도 중량변화율은 약 0.5~1.0% 이내로 측정되어 우수한 내염 저항성을 확인하였다.

Fall cone과 수화열을 이용한 흙-시멘트 혼합물의 상 변화 연구 (Phase Changes of Soil-Cement Mixture Using Fall Cone and Heat of Hydration)

  • 김재형;원정윤;김성필;장병욱
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제20권9호
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    • pp.25-32
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    • 2004
  • 고함수비 상태의 흙에 시멘트를 첨가하게 되면 흙의 공학적 성질을 개량할 수 있다. 이렇게 고함수비 흙에 시멘트를 혼합하는 경우 흙시멘트 혼합물의 워커빌러티와 밀접한 관련이 있는 상 변화를 예측하고 구분하는 것은 매우 힘들다. 시간에 따른 시멘트 paste의 수화열 변화와 경도의 변화는 흙시멘트 혼합물의 상 변화에 대한 유용한 정보를 제공해준다. 본 연구에서는 시멘트 paste와 흙/시멘트 비를 달리 한 3 종류의 혼합물에 대해 수화열과 콘 관입량을 측정하여 흙시멘트 혼합물의 상 변화를 관찰하였다. 실험결과, 흙시멘트 혼합물의 상 변화는 시멘트 paste와 동일한 형태를 보이며 수화열이 최소가 되는 시점에서 혼합물의 전단강도가 급격하게 증가함을 알 수 있었다. 흙시멘트 혼합물의 초결시점은 fall cone 관입량이 1.0mm, 즉 혼합물이 소성상태에 도달하는 시점과 일치하며 흙/시멘트 비가 증가할수록 초결시간은 지연되었다. 흙시멘트 혼합물에 대한 수화열 측정과 fall cone 관입량 측정은 흙-시멘트 혼합물의 상 변화를 예측하는 유용한 수단으로 사용할 수 있다.

풍화된 암반에 근입된 현장타설말뚝의 하중전이기구 (Load Transfer Mechanism of Drilled Shafts in Weathered Rock)

  • 권오성;조성민;정성준;김명모
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제21권5호
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    • pp.187-196
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    • 2005
  • 풍화 및 절리가 발달한 암반에 근입된 말뚝의 허용지지력 결정에는 침하량이 매우 중요한 인자가 되며, 설계단계에서 말뚝두부의 침하량을 예측하기 위해서는 말뚝의 하중전이기구에 대한 이해가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 풍화된 암반에 근입된 현장타설말뚝의 하중전이기구에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 직경 1m의 총 5본의 현장 타설말뚝을 풍화된 편마암 부지에 시공하구 재하시험 및 하중전이 계측을 수행하여 말뚝의 축방향 지지거동을 분석하였다. 암반상태를 정량적으로 파악하기 위하여 재하시험 부지의 암반에 대한 엄밀한 현장/실내시험을 수행하고, 이를 토대로 암반상태가 말뚝의 하중전이기구에 미치는 영향을 분석하였다. 하중전이 계측을 통해 얻은 주면하중전이 (f-w) 곡선은 풍화상태가 상대적으로 양호한(MW) 연암의 경우, 수 mm의 변위에서 항복에 도달하며, 이후 변위에 따른 지지하중의 증가율이 급격히 둔화되는 경향을 보였다. 반면 풍화암/풍화토에 근입된 말뚝의 f-w 곡선은 뚜렷한 항복점을 보이지 않으며, 상대적으로 큰(>15m) 변위까지 주면하중이 쌍곡선 형태로 증가하였다. 선단하중전이(q-w) 곡선은 암반상태에 관계없이 선단변위 (q-w)까지는 선형적인 거동을 보였다.

지반 탁월주기와 지반 운동특성에 관한 연구 (A Study on Predominant Periods and Attenuation Characteristics of Ground Motion)

  • 김소구;차정식;정형식
    • 한국지반공학회지:지반
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    • 제11권2호
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    • pp.139-156
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    • 1995
  • 지반진동특성의 지진공학적인 정밀측정의 일환으로 지반진동의 탁월주기와 지반진동의 거리에 따른 감쇠특성을 현장실험을 통하여 조사하였다. 이 조사는 세가지 부분의 실험을 통하여 결과를 얻었다. 첫째, 지반의 탁월주기는 고감도 디지탈 속도지진계-3축성분 속도계를 이용하는 Seismometer와 디지탈 Seismograph를 이용하여 지반과 건물에서 일정한 주기를 가진 연속적인 미소진동으로 부터 지반 및 건물진동의 탁월주기를 계측하였다. 지반에서의 탁월주기는 0.18~0.23 sec, 건물2층의 탁월주기는 0.26~0.31 sec였다. 둘째, 지반 구조조사는 디지탈 탄성파탐사기를 이용하여 굴절법을 이용한 탄성파탐사를 실시하였다. 실험장소인 한양대학교 안산캠퍼스의 지층구조는 상부층(표토층: surface layer)은 저속도층으로서 662m1s, 하부층(지반층: base ground)은 2210m/s의 P파 속도를 갖고, 주시곡선도로부터 표토층의 두께는 약 7m로 검측되었다. 이것은 7m두깨의 표토층(top soil)과 그 하부에 사질 점토성의 지반층(base ground)이 존재함을 암시한다. 셋째, Seisgun을 이용하여 인공적인 탄성파 에너지원을 만들어 지반의 진동 감쇠특성을 조사 하였다. 거리 감쇠상수(spatial attenuation conf$\ulcorner$icient) Y는 거리에 따른 진폭 을 계산하여 Z-성분(vertical)은 0.0137, X-성분(longitudinal)은 0.0025, Y-성분(transverse)은 0.0290이고 Spatial QP의 값은 각각 5.913~7.575, 32.371 ~41.452, 2.794~3.579의 값이 산출되었었다. 이 결과 다른 두성분에 비해서 종방향(z-성분, longitudinal)성분은 감쇠경향이 낮음을 알 수 있다. 그러므로 이 경우에 구조물 설계시 종방향(x-성분, longitudinal)성분에 대 한 내진설계가 고려 되어야 할 것이다.

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나노입자의 크기효과와 체적분율 효과를 동시 고려한 나노복합재의 멀티스케일 브리징 해석기법에 관한 연구 (A Study on the Development of Multiscale Bridging Method Considering the Particle Size and Concentration Effect of Nanocomposites)

  • 양승화;유수영;조맹효
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제22권4호
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    • pp.343-348
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    • 2009
  • 본 연구에서는 분자동역학 전산모사와 미시역학 모델을 이용하여 나노입자의 체적분율이 높은 경우 나노 입자의 크기효과와 체적분율 효과가 나노복합재의 기계적 물성에 미치는 영향을 효과적으로 묘사할 수 있는 순차적 브리징 해석기법을 제안하였다. 체적분율이 12%로 고정된 상태에서 나노입자의 크기변화에 따른 영률과 전단계수를 분자동역학 전산모사를 통해 예측한 후, 이를 연속체 모델에서 구현하기 위해 다중입자모델을 적용하였다. 나노입자의 크기효과를 반영하기 위해 입자와 기지 사이에 유효계면을 추가적인 상으로 도입하였고, 12%의 체적분율 조건에서 나타날 수 있는 체적분율 효과는 나노복합재를 둘러싸는 가상의 영역인 무한영역의 물성값의 변화를 통해 조절되도록 하였다. 유효계면과 무한영역의 물성을 입자의 반경에 대한 함수로 근사한 후 다양한 입자의 크기에서 나타나는 나노복합재의 물성변화의 예측이 가능하도록 하였다. 제안된 브리징 해석기법의 적용을 통해 분자동역학 해석결과와 잘 일치하는 결과를 연속체 모델에서 효율적이고 정확하게 얻을 수 있었다. 또한 유효계면의 두께와 물성 변화가 나노복합재의 기계적 물성에 미치는 영향을 고찰하였다.