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[고분자]의료용 생분해성 고분자

의료용 생분해성 고분자1. 소개재료과학 연구의 목적은 고도로 안정된 물질의 발견 및 이를 증진시키는 것이라고 하여도 과언이 아니다. 이에 힘입어 고분자재료의 경우, 테프론, 케블라와 같이 금속재료의 기계적 성질과 유사하고 생체내의 어떠한 변화에도 물성이 거의 변하지 않는 재료가 개발되었다. 1960년경에 PLA와 PGA의 생분해성 고분자들을 합성하였으나, 가동이 어렵고 가공중 또는 사용 중에 물성이 변하는, 즉 생분해성이 단점으로 부각되어 한동안 등한시되었다가 생분해성이란 점이 생체재료로서 여러 가지 기능이 있음을 알게 되어 최근에는 이들을 비롯한 새로운 생분해성 고분자의 합성에 활발한 연구가 진행되고 있다. 이들 생분해성 고분자는 비분해성 고분자물질에 비하여 생체적합성이라는 면에서 좀더 엄격한 필수조건이 적용된다. 이식물로부터 추출되어 나오는 독성오염물질의 잠재적 문제를 비롯하여 분해 후 인체 내에서 생리대사 후의 부산물의 독성에 대해서도 필히 고려해야 한다.이에 따라 지난 10년간 10종류이상의 분해성 고분자가 새로 합성되었다. 이들 대부분이 폴리에스터 계통이며 또 다른 것으로는 폴리안하이드라이드, 폴리포스파젠, 폴리포스포네이트, 폴리아미드 및 폴리이미노카보네이트류 등이다. 이들 중에서 미국 식품의약청(FDA)에서 승인받은 고분자는 PLA, PGA, PLGA 및 폴리다이옥산 등이다.이 중 생체재료로 널리 쓰이고 있는 생분해성 고분자들은 PLA, PGA, PLGA공중합체이며, 이들은 생체내에서 가수분해에 의하여 젖산과 글리코산으로 전환되며 결국에는 이산화탄소와 물로 체외로 배출된다. 이들이 주로 사용되는 분야로는 봉합사, 약물과 생체활성물질들의 서방성제제, 연골, 뼈 및 여타 장기들의 재생에 쓰이는 지지체, 골절의 고정에 사용되는 보철판과 나사못 그리고 인대와 힘줄의 치료를 위한 디바이스들에 응용되고 있다.2. 연구방향지금껏의 의료용 생분해성 고분자는 비교적 짧은 기간동안만 기능성을 유지하면 된다. 그러나 좀 더 많은 기능을 요구하는 골접합체, 손상된 말초신경이 재생되도록 유도하는 신경 성장관, 동맥조직의 재생을 위한 혈관그라프트재 등으로 사용할 수 있는 흡수성 이식제의 개발을 위한 연구가 계속적으로 진행되고 있다. 손상된 조직의 치료를 위해 흡수성 고분자재료를 사용하게 되면 만성적인 항체반응이 줄어들어 치료기간동안에 발생할 수 있는 합병증이 감소될 것이며 조직을 재생하도록 자극하는 이점이 있다. 이식된 재료는 치료기간 동안 생체내에서 화학적 및 기계적 안정성을 유지해야하나, 손상된 조직의 치료 속도와 이식된 고분자의 분해속도가 잘 이치하지 않아 이런 문제점을 개선하려는 연구들이 진행되고 있다.3. 생체분해성3-1. 가수분해성고분자의 생체분해는 보통 수화에 의해 주쇄가 가수분해됨으로써 일어난다. 이러한 가수분해성 주쇄를 가진 고분자에는 Polyester, polyanhydride, poly(ortho ester), polyphosphazene, poly(amino acid) 및 콜라젠이나 키토산과 같은 천연 생분해성 고분자 등이 있다.신체는 약 70%의 수분을 함유하고 있으므로 고분자를 생체에 이식하였을 때, 물이 고분자내로 확산되는 정도와 용해도에 따라 고분자의 분해속도가 영향을 받게 된다. 이러한 고분자의 수화에 의한 분해는 화학적인 경우와 물리적인 경우로 나누어 설명할 수 있다.화학적인 분해 메카니즘에는 네가지 형태가 있다. 첫번째는 고분자주쇄에 가수분해될 수 있는 결함이 포함되어 있는 경우로 주쇄가 가수분해되어 끊어짐으로써 고분자는 저분자량의 물에 용해되는 물질로 바뀌게 된다. 두번째는 고분자 측쇄의 소수성기가 가수분해와 이온화에 의해 친수성기로 바꿔져서 고분자가 용해되는 경우이다. 세번째는 가교된 고분자의 경우로 가교사슬중의 가수분해될 수 있는 부분이 끊어지면서 용해성 고분자로 바뀌는 경우이다. 마지막으로는 위에서 언급한 세 가지가 복합되어 있는 경우이다.물리적인 고분자의 분해는 bulk상에서 일어나는 균일 분해와 표면에서 일어나는 불균일분해로 분류된다. 균일분해는 polyester 등의 고분자에서 가수분해에 의해 일어나며, 불균일분해는 polyanhydride 등의 고분자표면에서만 분해가 일어나는 경우이다. 가수분해 속도가 물이 고분자내부로 확산되는 속도보다 빠른 경우에는 표면에서 분해가 일어나게 된다. 이러한 고분자의 가수분해에 영향을 미치는 인자로는 고분자의 결정성, 고분자구조, 용액의 pH 등이 있다.3-2. 효소분해성고분자가 생체에 이식되면 효소는 다양한 화학적 방법으로 이식된 고분자 재료의 표면이나 얇은 표면층을 인지하게 된다. 효소분자 자체는 거대분자이기 때문에 효소가 직접 이식된 고분자에 침투하기는 어렵다. 따라서 효소는 이식된 재료의 표면이나 얇은 표면층을 공격하게 되며, 특히 고분자 재료의 표면에 뻗어 나온 부분이나 갈라진 틈은 lysosome에 의해 쉽게 분해되어 phagocytosis에 의해 제거된다.4. 고분자의 생체적합성새로운 의료용 고분자재료를 개발하기 위해서는 매우 오랜 시간이 소요되며 복잡한 과정을 거쳐야 한다. 이러한 재료개방에 있어서 가장 중요하게 고려해야할 점은 재료의 생체적합성이다. 이러한 생체 적합성을 예측하기 위한 방법으로 제안된 것 중에는 조직반응 다양성의 표준화, 이미 유용한 이식부위로 알려진 부분의 이용, 적당한 살균방법의 정착화, 정량적이고 재현성 있는 실험방법의 사용 등이 있다. 그러나 생체에 적용하려는 고분자의 다양성과 이식부위의 다양성으로 인하여 생체적합성을 예측하는 표준방법을 개발하는 것은 쉬운 일이 아니다.의료용으로 사용하기 위한 생분해성 고분자 재요를 개발하기 위해서는 위에서 언급한바와 같이 개발되는 재료가 생체분해성과 생체적합성을 가져야하며 그 분해 산물이 독성을 나타내지 않아야 한다. 또한 사용목적에 따라 적절한 속도로 분해되면서 필요한 기계적 강도를 유지해여야만 한다. 이러한 점을 고려하면 생체내에서 발견되는 화학단위로 구성된 고분자를 합성하는 것이 생체적합성을 가지면서 분해 산물이 독성을 띄지 않을 것으로 예상된다.5. 생분해성 고분자의 응용5-1. 흡수성 봉합사여러 종류의 합성 흡수성 봉합사들이 특수 목적에 따른 임상분야에서 사용될 수 있도록 개발되어져 왔다. 이러한 봉합사용 물질 자체의 화학적, 물리적 성질뿐만 아니라 봉합사로써의 기능을 다한 후 조직 내부에 남아있는 봉합사의 질량에 따라 조직반응이 달라진다. 체내에서 기능을 다한 봉합사 잔유물이 남아있는 기간이 길어질수록 원하지 않는 조직반응이 일어날 가능성이 많아지므로 이상적인 봉합사는 치료기간동안 충분한 인장강도를 유지하면서 원래목적하는 기능을 수행하고, 봉합사로써의 기능이 더 이상 필요없게 되면 주위조직의 대사용량을 초과하지 않는 범위 내에서 가능한 한 빨리 흡수되어져야한다. 그러나 섬유구조와 분해 메카니즘간의 본질적인 관계로 인하여 그러한 이상적인 흡수성 봉합사는 존재하지 않는다. 합성 흡수성 봉합사의 가수분해는 결정성과 무정형의 비에 부분적으로 영향을 받는다. 분해는 무정형 영역에서 시작되어 결정성 영역으로 진행될 것이며 인장강도는 주로 무정형 영역의 분자사슬이 끊어짐으로써 감소하는 반면에 질량은 결정영역의 분해에 따라 감소하게 된다. 따라서 합성 흡수성 봉합사에서 전체적으로 인장강도가 감소하는 것보다 질량이 감소하는데 더 많은 시간이 필요하다.5-2. 약물 방출 조절용 재료생분해성 고분자를 약물 방출을 조절하기 위한 매트릭스로 이용하면 약물 방출속도는 약의 자체 성질에 덜 의존하게 되고 시간에 따라 일정한 속도로 약물이 방출될 수 있다. 약물방출용 매트릭스의 한 형태로 고분자 microshpere를 이용하는데 이 경우 microsphere의 크기, 표면적, 다공성 등의 모폴로지에 관련된 성질이 약물이 방출되는데 영향을 미치며 이외에도 약물과 microsphere를 구성하는 고분자의 물리화학적 성질이 방출속도와 관련이 있는 것으로 알려져 있다5-3. 인공장막혈관이나 신장, 간 등의 기관과 같은 생체조직은 점막이나 장막으로 덮혀있어서 각각 독립적으로 기능을 수행할 수 있다. 이러한 점막이나 장막에는 체벽막이나 흉강의 기관막등이 있다. 외과수술이나 장막으로 덮혀있는 신체분위가 염증으로 감염되면 부위의 크기에 상관없이 조직관의 유착이 일어난다. 이러한 조직간의 유착은 신체의 특별한 부위뿐 아니라 전체 생체조직에서 관찰될 수 있는 현상이다. 따라서 생체조직간의 유착은 외과분야에서 아주 심각한 문제도 대두되고 있다. 따라서 유착방지제로 사용할 수 있는 물질은 생체적합성을 가지며 유연한 필름의 성형이 쉽고 조직사이의 묽은 산성 용액에서 용해되며 상처치료를 가속시킬 수 있는 것이어야 한다.

공학/기술| 2004.11.13| 4페이지| 1,000원| 조회(1,576)

고분자, 의료용, 생분해, 인공피부

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[바이오] 바이오 디젤유

동.식물성 유지로부터 바이오 디젤유 생산효율의 향상 기술1. 서 론산업계는 점증하는 환경에대한 우려, 엄격해지는 대기 청정법 그리고 줄어드는 화석연료 자원 때문에 채종유나 동물의 유지를 사용한 바이오 디젤과 같은 대체연료에 큰 관심을 기울이게 되었다. 압축-점화 엔진 개발 초기부터 채종유는 디젤 엔진의 연료로 고려되었으며 1900년 디젤 엔진이 루돌프 디젤(Rudolph Diesel)에 의하여 처음 공개될 때 땅콩기름이 연료로 쓰였다. 단기적 시험사용에서 채종유는 늘 좋은 물성을 보였으나 채종유 그대로를 장기 사용시 에는 침적, 피스톤링 협착 혹은 주입 노즐 코킹 등 엔진에 심각한 장애를 유발하고 있으며 실린더내의 고점성 및 고분자화 현상이 주원인으로 파악된다.그런데, 채종유나 동물성 지방산의 에스테르화물(바이오 디젤)이 tri-glyceride에 대비하여 개선된 점도 및 휘발특성으로 디젤 대체 연료로서 가능성을 보이게 되었고 이 사실은 에스테르화 반응조건을 최적화 하는 연구의 기폭제가 되었다. 에스테르화 반응은 분자량이 크고 분지화된 채종유나 동물성 지방의 tri-glyceride를 저분자량의 단순한 체인형의 분자로 전환하여 디젤유와 비슷한 성상의 에스테르화 지방산을 산출하는 것을 말한다. 덧붙여 고비중 액상의 글리세롤이 부산물로 생성된다.알콜 첨가분해라고도 할 수 있는 에스테르화 공정은 에스테르 물질의 산업적 용도가 많아 지며 여러 가지 특허가 등록되어 있다. 생성되는 바이오 디젤의 물리화학적 물성은 경유와 매우 흡사하다. 즉, 바이오 디젤의 세탄가, 열량, 점도 및 상변화 특성 등이 석유계 디젤유와 매우 비슷하다는 얘기인 것이다. 더구나, 바이오 디젤은 기본적으로 유황함량이 적으며 따라서 내연기관에서 연소될 경우 황산화물은 물론이고 분진, 미연 탄화수소 그리고 일산화탄소의 발생이 기존 경유보다 훨씬 적다. 단 NOx는 약간 많이 배출되는 경향이 있다.바이오 디젤은 안전성의 측면에서도 기존 경유에 비하여 좀 더 좋은 특성을 갖는데 예를 들면 좀더 높은 인화는 -10℃ 혹은 -15℃ 정도의 저온에서도 기동시 가열기가 필요치 않다. 이 문제의 해결을 위하여 운점 강하제를 첨가 할 수도 있다.2차 세계대전 이래로 바이오 디젤이 있어 왔으나 그 상업화는 높은 가격 때문에 이루어지지 못하였다. 최근 이것이 시장성을 갖게 되는 것은 점점 고조되는 환경에 대한 관심과 그에 따른 엄격한 환경규제에 힘입은 바가 크다. 그러나, 이 같은 상황은 tri-glyceride의 에스테르화에 수반되는 글리세롤 부산물이 mono-glyceride, di-glyceride 등의 유도체로 분해, 정제되어 고부가가치의 화학 중간체로 사용될 수 있으면 생산원가 면에서 크게 개선될 것으로 전망된다. 기존의 글리세린 분해공정 역시 다수의 연구자들에 의하여 특허 등록되고 있다.2. 실험2.1 Tri-glyceride의 에스테르화식물유나 동물성 유지를 에스테르화 하는 것은 그리 복잡한 공정이 아니지만 저온에서 짧은 시간에 약 98%에 이르는 최대 수율을 얻으려면 공정조건이 아주 조심스럽게 제어되어야만 한다. 먼저 기존의 에스테르화 방법을 살펴보면 유지를 반응기에 쏟아 붓고 2～10 당량의 메틸 알콜을 투입하며 tri-glycerides의 유리 지방산 농도에 근거하여 0.1～1.0wt%의 가성소다 촉매를 쓰게 되어 있다. 그리고 반응물을 메탄올의 비점까지 가열 교반하며 메탄올은 응축 환류를 시키는 조작을 한다. 반응은 대기압에서 일어나며 메탄올은 68～70℃에서 응축된다. 지방산 에스테르의 혼합물(biodiesel)은 90～99%의 전환율로 얻어 진다. 교반이 중지되면 반응물은 상부 표층으로 메틸 에스테르가 떠오르고 하부로 메탄올에 희석된 글리세롤이 분리 된다. 상층부의 에스테르화 지방산은 추가적 중화반응과 잉여 메탄올 제거를 위한 진공 증류를 거쳐 완제품 바이오 디젤 연료로 만들어 진다.2.2 우지의 에스테르화 처리1 단 공정으로도 tri-glyceride의 고율전환이 가능하다. 한편, 2단 공정에서는 고순도의 에스테르화 지방산이 얻어지기는 하지만 그 중의 고농도의 포화 지방산과 부적절한 교반 그리고 tri-glyceride의 낮은 전환율이 그 원인일 것으로 추측되었다. 즉 불완전 반응이나 혹은 역반응은 상대적으로 고융점의 mono-, di-glyceride 심지어는 tri-glyceride까지 생성하는 수가 있는데 이들은 고형물 혹은 젤리상이 될 수 있는 것이다.우지 에스테르화물의 특히 높은 운점은 포화 지방산이 많이 포함되고 있음을 시사하고 있는데 이는 디젤 연료로서 매우 중요한 물성이다. 반면에 대두유 에스테르화물은 상대적으로 불포화 지방산을 다량 포함하여 운점이 낮게 유지되고 있다. 한편, 에스테르화 반응중 tri-glyceride와 메탄올의 균일화(emulsification) 정도는 가장 중요한 공정 변수인데 기존의 알콜첨가 분해 반응에서는 철저한 기계적 교반과 반응기의 온도를 높임으로서 이를 향상시켜 왔다. 높은 융점과 고점도를 갖는 우지의 에스테르화를 시도하는 경우 이와 같은 균질화의 정도가 큰 변수가 될 것은 자명하다.2.3 대두유의 에스테르화여러 연구자들이 대두유의 에스테르화 반응에 관하여 연구하였다. 실험은 기계식 교반기와 대기중으로 열린 응축기를 갖춘 1ℓ 플라스크에서 행하였다. 공정은 앞서 기술한 1단 반응을 이용하였고 메탄올(메틸 알콜)의 양은 당량의 약10배를 사용하였다. 그리고 원료로 사용한 대두유의 산가는 0.05이하이었다.에스테르화 반응으로 생성된 지방산 에스테르는 연료로 쓰기 전에 촉매로 과잉량이 쓰인 가성소다를 씻어 내야 하는데, 따라서, 공정 변수를 최적화 함에 있어 촉매의 농도와 반응시간에 초점을 맞추었다. 한편, 최적화의 기본 전제는 tri-glyceride가 전량 에스테르화 되는 것을 기준으로 하였으며 실험의 목표는 tri-glyceride 전환율의 현저한 감소 없이 촉매농도와 반응시간을 줄이는 것이었다.실제로 여러 가지 채종유는 유리 지방산(free fatty acid)의 함량이 다르므로 촉매의 농도는 0.05wt%이하로는 낮출 수 가 없다. 0.35%까지의 유리 있다. 이들 그림에서 가성소다 촉매의 농도가 에스테르층의 산도 변화에 상대적으로 큰 영향을 주며 글리세롤층의 산도 변화에는 매우 약간의 영향을 주고 있음을 알 수 있다. 그러나, 어떤 경우에라도 반응 생성물에서 촉매를 중화 혹은 세척해 내야만 하는 것은 확실하다.2.4 글리세롤 첨가 유지분해반응(Glycerolysis)글리세롤에 의한 유지 분해반응은 글리세롤을 tri-glyceride와 함께 에스테르화 시켜 mono-glyceride로 분해하는 반응이다. α-mono-glyceride가 주생성물인데 di-glyceride나 β-glyceride도 함께 생성된다.기존의 글리세롤 첨가 유지 분해반응에서는 먼저 반응기를 tri-glyceride로 채우고 이 무게의 25～40% 상당의 글리세롤을 채운 다음 0.05～0.20wt%의 무수 가성소다 혹은 수산화 칼륨과 같은 알카리 촉매를 가하여 반응을 시킨다. 즉, 내용물을 먼저 저압에서 신속히 가열하여 공기를 제거함으로써 산화를 방지한 가운데 반응시키고 이어서 반응기 내부에 질소와 같은 불활성 가스를 도입하여 반응 생성물도 산화가 일어나지 않도록 한다. 반응온도는 최대 250℃까지 올리며 반응은 15분 이내에 종결한다. 한편 반응이 끝나면 mono-glyceride의 재결합을 방지하기 위하여 신속히 냉각하고 미반응의 글리세롤은 침전 분리하거나 진공증류를 통하여 분리하고 다시금 반응기로 환류 시킨다. 반응에서 생성된 에스테르화물은 di-glyceride 및 mono-glyceride의 혼합물인데 필요에 따라서는 진공 증류하여 mono-glyceride를 따로 분리하기도 한다.이러한 글리세롤에 의한 유지 분해 반응에서 가장 중요한 공정 변수는 tri-glyceride와 글리세롤간의 용해도 혹은 접촉정도라 말할 수 있는데 반응에 쓰인 촉매가 tri-glyceride에 작용하여 비누를 생성하고 이것이 유지속에서 글리세롤의 유화제로 작용하여 부분적 이나마 분해반응을 촉진하게 된다. 비슷한 논리로 온도의 증가도 글리세롤상으로의 문에 생기는 현상이다.한편, 유지 분해반응에서 mono-glyceride의 수율은 주어진 반응온도에서 특히 tri-glyceride 내부로의 글리세롤의 용해도에 가장 큰 영향을 받는 것으로 알려져 왔는데, Sonntag 등(1982)은 미세입자 혼합액 혹은 슈퍼 에멀젼이라고 할 수 있는 극도로 잘 혼화된 액체 혼합상에서 높은 수율이 가능함을 발표하였다. 0.05～10 미크론 혹은 그보다 작은 입자상의 에멀젼에서 61～95%의 mono-glyceride 수율을 보고한 것이다. 그런데, 이 실험의 모든 경우에서 유지상(tri-glyceride)과 글리세롤은 어디까지나 비균질화 상태에 있었고 단지 슈퍼 에멀젼의 상태에서만 거의 균질화에 가까운 것으로 평가되었다. 이러한 실험의 결과로 Sonntag은 mono-glyceride의 수율을 높이는데는 반응온도나 용해도만이 중요한 것이 아니고 유지나 글리세롤을 mono-glyceride로 분해하자면 이들 간의 접촉의 정도도 매우 중요한 인자가 되리라고 결론 지었다. 결국 글리세롤과 유지의 접촉의 정도를 향상시킬 수 있으면 저온에서도 빠르고 수율 높게 mono-glyceride를 얻을 수 있으며 유지의 고온 열분해에 의한 좋지 않은 냄새나 색깔도 방지할 수 있다는 것이다.2.5 바이오 디젤의 부산물유지를 에스테르화 하여 얻어지는 바이오 디젤의 생산에 있어 부산물의 회수 이용은 항상 경제성을 좌우하는 관건이 된다. 식물유를 에스테르화하면 생기는 글리세롤층(고비중층)은 75% 정도가 글리세롤이며 여기에 약간의 에스테르, 알콜 그리고 대두유에 포함된 기타의 불순물들이 섞여 있다.글리세롤은 일반적으로 증류로 분리하여 정제할 수 있는데 다른 방법은 앞서 소개한 바와 같이 글리세롤을 이영하여 tri-glyceride의 분해반응을 일으켜서 mono-, di-glyceride 등 에스테르 화합물을 만들어 이용하는 것이다. 이러한 에스테르 화합물은 자연물에 존재하는 tri-glyceride 즉 대두유 등과 순수 글리세롤을 직접 반응시켜 만들다.

공학/기술| 2004.11.13| 5페이지| 1,500원| 조회(635)

에너지, 에스테르화, 바이오, 글리세롤, 디젤유

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[공학] 미래유망신기술(IT,NT,BT등)의 전망과 문제점

미래유망신기술(IT,NT,BT등)의 전망과 문제점I. 서론세계경제의 불황과 국내경제의 침체를 극복하고 지속적인 국가발전을 위해서는 기존산업의 고부가가치화와 함께 신(新)산업의 창출을 통한 국가경쟁력 강화가 필요하다. 그 중의 몇 가지를 예로 들면, 21세기 성장 동력원이 될 정보기술(IT), 생명공학기술(BT), 나노기술(NT), 우주항공기술(ST), 환경기술(ET), 문화기술(CT) 등의 미래유망 신기술은 과학기술의 발전과 경제사회 변혁을 주도할 새로운 패러다임으로 정착하고 있다.미국, 일본, EU 등 주요 선진국들도 각국의 특성에 따라 국가중점투자대상분야를 선택하여 전략적으로 집중 지원하고 있다. 그러나 일부 미래유망 신기술은 선진국도 개발초기단계이고 세계시장의 빠른 성장과 주도권 경쟁이 전망되므로 현재가 국가적인 육성 전략이 필요한 시점임을 알 수 있다.미래유망 신기술은 21세기 미래사회에 지속적인 국가경쟁력 제고와 삶의 질 향상을 위한 핵심 수단이 될 것이다.II. 본론우리나라의 경우 이동통신기술, 초고속통신망, 반도체 등 IT 분야를 중심으로 신기술을 확보할 수 있는 기반이 구축되어 있고 미래유망 신기술에 대한 R&D 투자를 확대하고 있다. 그러나 선진국에 비해 투자 절대규모와 인력이 부족한 우리의 실정을 감안하여 전략적인 육성지원 시책 필요하다. 따라서 미래유망 신기술 분야를 국가전략과학기술로 지정하고, ‘선택과 집중’의 원칙 하에 국가차원의 핵심기술 확보가 필요하다.미래유망 신기술은 정보기술(IT), 생명공학기술(BT), 나노기술(NT), 우주항공기술(ST), 환경기술(ET), 문화기술(CT) 등으로 미래사회경제와 생활방식을 주도적으로 변화시킬 것으로 예상된다. 이들 중에서, IT기술은 타 분야와의 융합이 급속히 진화되어 BT, NT, CT 등의 기술발전을 주도할 기반기술이 될 것이다. 그리고 Bio-NT, Bio-ET, Nano-IT, Nano-ST, Info-CT, Info-ST, Info-ET 등의 융합기술이 향후 중요한 분야로, BT는 IT 이후의 미래선도기술로서 식량문제해결, 무병장수 등 응용분야가 넓고 경제사회 전 분야의 모습을 바꿀 수 있는 핵심기술로, NT는 물리·화학 등 기초기술을 바탕으로 미래 기술혁신을 주도할 기반핵심기술이 될 것으로 전망된다.미래유망 신기술분야의 세계시장 전망 (단위: 억 달러)기 술 분 야'02'03'04'05'06정보기술(IT)32,58036,63041,21046,36152,516생명공학기술(BT)3,0943,2923,5033,7324,240나노기술(NT)2,5912,8223,0733,3453,643우주항공기술(ST)2,8702,9102,9703,0403,120환경기술(ET)5,9546,2706,6026,9527,320계47,08947,08951,92451,92457,35857,35863,43063,43070,83970,839*IT: ETRI, [주간기술동향], No. 990, 2001. 4. 4 , BT:삼성경제연, [바이오혁명의 파장과 대응], 2000.5; www.nikkei.co.jp, 각 기술항목별 시장 규모 일람표, NT : MRI('99), NEXUS('98), In Sight('99), ST : 미국, 일본('01), 한국('00)의 우주항공산업협회 자료, ET : 환경부 외, [환경산업발전전략], 2001. 1기 술 분 야02∼06 합계년평균 투자규모구성비(%)정보기술(IT)60,14112,02846.8생명공학기술(BT)23,1864,63718.1나노기술(NT)9,6111,9227.5우주항공기술(ST)18,4533,69114.4환경기술(ET)13,0402,60810.2문화기술(CT)3,9507903.1총 계128,38025,67625,676100.1100.1* 자료: 세계시장 자료와 동일앞에서 언급된 것처럼 이들 기술은 많은 사람들의 기대를 가지고 있다. 하지만 그렇다고 문제가 없는 것은 아니다. 여러 가지 야기되는 문제점들 중에서 인력 수요에 대한 것이 가장 큰 문제로 생각할 수 있다. 아래 도표에서 나타난 것처럼 현재는 물론 미래에도 인력이 많이 부족하게 될 것이라는 것을 알 수 있다.이에 따라 이러한 문제점을 해결하고자 지역인적자원 개발정책이 탄생하게 되었다. 이것은 단순히 지역산업인력 양성 정책이 아니라 지식기반사회의 도래라는 문명사적 변화, 학습경제 시대의 도래, 창조적 지식기반 국가의 강조, 교육환경의 변화, 지역 경쟁력 및 성장의 동인으로서 인적자원의 중요성 증대, 주5일제 도입전망에 따라 학습을 통한 생산성 증대 등 인적자원개발의 중요성 증대라는 시대적 도전에 대응하여 지역 주민의 기초역량을 증진하고 지역 경쟁력 및 사회적 통합성을 제고하여 지식기반사회에서 지역을 되살림으로써 궁극적으로 국가의 경쟁력을 높인다는 데 의의가 있다.CT분야 총 인력 수급 전망2*************05계총조사자수164,000181,000200,000223,000수요인력20,00022,70025,80029,40097,900공급인력13,80014,50014,90015,10058,300부족인력6,2008,20010,90014,30039,600이러한 지역인적자원개발을 추진함에 있어서는 다양성, 지역사회, 실용성, 연계·협력, 혁신, 평생학습, 통합화 및 단계적 접근의 원리를 고려하여야 한다. 지역인적자원개발의 추진과제로는 국민 개개인의 기초 역량 강화로 국민의 기초학력 및 도덕적 성숙 등을 포괄하는 사회적·문화적 자본의 형성, 산업인력의 핵심역량 강화로 지역경제나 주민의 요구를 배경으로 해당 지역의 산업체계에 부합하는 핵심 역량 함양, 지역인적자원개발 기반 구축으로서 인적자원개발을 촉진하는 지역 평생교육 시스템 구축 등을 들 수 있다.지역인적자원개발 추진과 관련된 제약요인은 지역인적자원개발에 대한 이해 부족, 지방자치단체의 역량과 교육청의 역량에 대한 균형 감각 필요, 지역인적자원개발 추진기관 및 유관기관간의 연계성 미흡, 지역인적자원개발 거점 및 중심 기관 부재, 중앙부처의 행·재정적 권한의 지방 이양 미흡, 지역 인적자원개발에 대한 부정적인 사회풍토 등이다.이상과 같은 문제점을 극복하고 지역 평생교육체제 구축을 하기 위해서는 관련 기관간 업무 분담을 통한 행·재정적 지원 체제의 통합적 연계, 학(學)-사(社)-관(官)-산(産) 연계·협력, 가칭 지역인적자원개발지원센터와 같은 중심 기구 설치·운영 등이 논의될 필요가 있다.또한 지역사회 내 인적자원개발 추진 담당자의 정책역량 강화, 지역 인적자원개발 관련 기관간 협력체제 가동, 교육청의 인적자원개발정책 기능 강화, 지역인적자원개발지원센터의 설치·운영, 지역인적자원개발을 위한 종합 정보체제 구축, 지방자치단체의 인적자원개발 참여 촉진 등이 우선과제로 추진되어야 한다.최근 산업자원부는 이공계 진학 기피현상을 해소하고 R&D 인력 부족사태를 막기 위해서 ‘산업기술인력수급 종합대책’을 내놓았다. 이것은 산학협동 연구개발팀을 200개 선정하여 지원하는 사업과 장학기금조성, 현장 맞춤형 공학교육을 위한 공대교육과정 개편, 공학교육센터 설립, 산업기술 연구현장 체험 연수, 병역 특례 등 기존의 문제점들을 해결 할 수 있는 다양한 해결책을 제시하였다. 이러한 해결책들은 상당히 의욕적이고 긍정적이며 시행이 잘 이루어 진다면 굉장히 올바른 방향이라 할 수 있다.III. 결론하지만 나의 견해로는 아쉬움이 남는 몇 가지 문제점들이 보인다. 우선 단지 이공계학생들의 수를 늘리고 교육과정을 바꾼다고 해서 해결되지는 않을 것 같다. 졸업을 한 후 사회에 나가서도 적절한 일자리가 보장되어야 하며, 모든 직업들이 필요한 것이겠지만 충분한 복지와 임금 문제도 잘 이루어져야 한다. 또한, 미래형 산업기술인 정보과학기술(IT), 나노과학기술(NT), 생명과학기술(BT)들의 핵심 지식이 기초과학이라는 사실에도 불구하고 엔지니어를 키우는데만 급급해한다는 것은 문제가 있다고 생각한다. 따라서 과학자들을 양성하는데도 관심을 기울이고 투자를 아끼지 말아야 할 것이다.또한 IT나 NT 등의 미래산업기술의 발전을 위해서 이공계출신들의 정치적, 경제적 입문이 필요하다고 생각한다. 정책을 만들고 시행함에 있어 이공계출신들의 참여가 있어야만 진정한 전문가가 양성되며 미래산업기술의 발전이 가능할 것이다.IT, BT, NT 등 미래유망 신기술은 우리의 미래를 윤택하게 해줄 수 있는 좋은 기술들이므로 잘 키워나가야 하며, 그러기 위해서는 많은 노력은 물론 끊임없는 투자가 필요하다.

공학/기술| 2004.11.13| 4페이지| 1,000원| 조회(1,107)

IT, 신기술, NT, CT, BT

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[콜로이드]W/O계에서의 에멀젼 안정도

W/O계에서의 에멀젼 안정도(최종 보고서)과 목 : 화 공 설 계담당 교수 : 안 익 성 교수님실 험 실 : 고분자 공정 연구실조 원 : 9633124 이 용 규1. 제 목W/O계에서의 에멀젼 안정도 비교2. 실험 목적W/O계에서의 점성과 온도에 따른 에멀젼 안정도를 비교해 보자.3. 서 론(1) 에멀젼의 안정도에멀젼(Emulsion)은 서로 혼합되지 않는 두 액상중 한 액상이 다른 액상으로 분산(disperse)되어 있는 상태이며 화장품, 의약품, 식품 및 도료공업 등 여러 공업분야에서 에멀젼화가 광범위하게 이용되고 있다.에멀젼은 수중유적형(oil in water type, O/W)과 유중수적형(water in oil type, W/O) 두 가지가 있다. O/W 형에 속하는 예로서 우유, 화장크림, 마요네즈 등을 들 수 있으며 또한 W/O 형에 속하는 경우로는 버터, 마가린, 원유 등이 여기에 해당된다.에멀젼의 형태는 에멀젼의 종류, 물과 기름의 체적비 등에 의해 결정된다. 유화제가 없을 때는 대량으로 사용하는 액이 연속상이 되며 유화제가 존재할 때는 유화제가 유용성이냐 수용성이냐에 따라 W/O형 또는 O/W형으로 구분된다. 에멀젼 형태 판별법으로는 외관의 관찰, 색소에 의한 방법, 희석에 의한 방법, 전기전도도에 의한 방법, 굴절률에 의한 방법 등이 있다.에멀젼은 본질적으로 불안정한 불균일 계로서, 에멀젼이 생성되면 두 액상간의 계면면적이 증가하여 계 전체의 자유에너지가 증가되어 열역학적으로 불안정하게 된다.일반적으로 에멀젼의 안정도는 분산상과 연속상의 성질 및 그 비율, 두 액상간의 비중차, 사용된 계면활성제의 종류 및 농도, 계면막의 성질, 점탄성적인 특성, 제조 공정 등에 영향을 받는다고 알려져 있다.그리고 에멀젼은 액체가 분리되어 입자로 형성되려는 과정과 액체입자들이 재결합하여 에멀젼 이전의 상태로 되돌아가려는 과정이 경쟁적으로 균형을 이루나, 결국 시간이 경과함에 따라 계의 균형이 깨어져 파괴되어 분리된 형태로 된다.일반적으로 에멀젼의 불안정화는 한 물질들의 여러 가지 인자에 의해 좌우되는데 가장 중요한 것으로는 입자크기와 고체표면과 두 액체상 사이의 계면 상호작용력을 들 수 있다.고분자 첨가제는 표면활성을 보임에 의해 유화액의 형성에 도움을 주는 경우가 있다.끝으로 보통의 단분자상 계면활성제는 액적 계면에서 계면장력을 저하시키며 그 액적에 안정성을 부여한다. 계면활성제의 형태와 양은 액체상, 유화액의 형태, 사용 조건 등의 특성에 의해 결정된다. 실제 적용되는 유화제 대부분은 계면활성제로 되어 있다.계면활성제 화학적인 구조로부터 계면활성과의 관계를 정량화하는 과제는 많은 연구자들이 추구해온 바 있다. 가장 큰 성공은 바로 유화액 영역에서 이루어졌으며 Griffin에 의해 최초로 HLB시스템이 정량화 되었다. HLB는 친수성과 소유성 세기의 밸런스를 숫자로 나타낸 것으로 0~20까지 임의의 스케일을 정하고 친수성이 커서 가용화제, 세제, 그리고 안정화제로서 작용할 정도로 친수성이 큰 계면활성제를 가장 큰 값으로 하고 친수성이 작고 기름에 물을 가용화시킬 수 있는 계면활성제를 가장 작은 값으로 하여 나타낸다. 따라서 친유성이 강한 것은 HLB값이 적고 W/O형 유화액을 이루며, 친수성이 강한 것은 HLB 값이 크고 O/W형 유화액을 이루는데 HLB의 값은 7을 기준으로 하여 이보다 큰 경우 친수성, 작은 경우 친유성을 띤다.(3) 계면활성과 계면 활성제계면상이 전체에 비하여 커질수록 계면에서 발생하는 현상이 중요해진다. 이때 내부상보다도 계면상에 높은 농도로 분포하여 특이한 역할을 하는 물질을 계면활성제(surfactant)라 한다. 계면활성제는 액체에 용해, 계면에 흡착(absorption)해서 계면에너지를 현저히 감소시켜 젖음(wetting), 유화(emulsification), 분산(dispersing), 발포(foaming), 가용화(solubilization), 세정(washing) 등의 작용을 나타내거나 계면장력을 현저히 저하시키는 물질로 정의된다. 계면활성제는 친수성 부분과 소수성 부분으로 Oil상의 점도에 따른 안정도 측정실험 1-1. polymer와 monomer의 비에 따른 Oil계의 점성도 변화와 실험 1-2. 온도에 따른 영향⑴ 실험 방법* 시료 및 시약 : Poly styrene(=168000), Styrene Monomer, DDI Water, Arlacel 83① 바이알 12개를 준비하여 각각 25℃ 1 ~ 6번, 50℃ 1 ~ 6번이라고 번호를 적는다.② surfactant Arlacel 83*을 각 3g씩 12개의 바이알에 넣는다.③ 1번 바이알에 (PS 0g + SM 30g), 2번 바이알에 (PS 0.6g + SM 29.4g), 3번 바이알에(PS 1.8g + SM 28.2g), 4번 바이알에 (PS 3g + SM 27g), 5번 바이알에 (PS 4.2g + SM 25.8g), 6번 바이알에 (PS 5.4g + SM 24.6g)를 넣어 각 2개씩(25℃, 50℃) 만든다.④ 물 15g씩을 각 바이알에 넣고 homogenizer를 이용해 w/o emulsion을 만든다.⑤ 50℃ 바이알은 보온기에 (50℃ 유지), 25℃ 바이알은 상온에 놔둔다.⑥ 시간별로 (20분 간격) 층높이를 측정한다.* Arlacel 83, oleate(sesqui) : HLB = 3 ~ 5실험 2-1. Polymer 분자량에 따른 Oil계의 점성도 변화⑴ 실험 방법* 시료 및 시약 : 각 분자량이 다른 Poly styrene (=116000, 132000, 168000, 184000, 220000, 280000), Styrene Monomer, DDI Water, Arlacel 83① 바이알 6개를 준비하여 1 ~ 6번까지 번호를 적는다.② 각 바이알에 서펙턴트 Arlacel 83을 각 3g씩 넣는다.③ 각 바이알에 PS를 2g씩 넣어준다. (1번 바이알=116000, 2번 바이알=132000, 3번 바이알=168000, 4번 바이알=184000, 5번 바이알=220000, 6번 바이알=280000)④ Styrene Monomer를 18g씩 각 바이고 나머지 각 5개씩의 바이알도 섞은 후 homogenizer를 이용해 W/O emulsion을 만든다.25℃20분40분60분80분100분120분140분160분180분0/*************53738390.6/29.*************022221.8/28.*************19203/272344445794.2/25.80000000175.4/24.600000000050℃0/*************44545450.6/29.*************132331.8/28.*************526283/2724566899114.2/25.80000000685.4/24.6000000358⑥ 10개의 바이알을 상온에 방치해두며 시간별로 층분리 길이를 측정하여 에멀젼 안정도를 비교한다.5. 결과 DATA 및 결과 처리5-1-1. polymer와 monomer의 비에 따른 Oil계의 점성도 변화와 온도에 따른 영향실험 1-1, 1-2 데이터 값실험 1-3 (실험 1-1 상온(25℃)일 때의 안정도만 다시 실험) 데이터 값시간406*************60**************************201180①2*************45464849495050505050②**************************272727③**************************52526④034*************41820212122⑤*************112131516⑥00000000000000133그림 1과 그림 2는 25℃일 때의 PS 대 SM의 비에 따른 안정도 그래프이다. 그래프에서 Poly Styrene이 많이 섞일수록 분리가 늦어진다는 것을 볼 수 있다. 분리가 늦을수록 더 안정하다는 뜻이다. 따라서 PS가 많이 섞일수록 에멀젼의 안정도는 증가한다. 점성이 커져서 더 안정해 지는 것이 아닌가 싶다. 실험 2에서 시간을 오래두고 보아도 어느 정도 시간이 지난 후에는 더 이상 분리된 길이가 눈에 띄게 늘어나지 않는다.그림 3은 50℃일 때의 PS었을 때가 분리가 늦게 일어났음을 알 수 있다. 이는 분자량이 클수록 Oil의 점도를 높여주기 때문이다. 하지만 SM와 PS의 비를 변화시켜 비교했을 때보다 그 차이는 미비했다.5-2-1. water상의 점도만 변화를 주는 경우와 water/oil상 모두를 변화준 경우실험 3-1, 3-2 데이터값시간SM +Gelatin/water*************08*************3014017020 + 0.2/9.**************************62720 + 0.4/9.*************4*************93120 + 0.6/9.4*************6*************13220 + 0.8/9.**************************2323320 + 1.0/9.0**************************3333PS/SM +Gelatin/water2/18 + 0.2/9.*************7792/18 + 0.4/9.6013456*************22/18 + 0.6/9.4023566*************32/18 + 0.8/9.204*************4151617192/18 + 1.0/9.0**************************26그림 7과 8에서 water상의 점도를 증가시킨 에멀젼이 더욱 분리가 빨리된 것을 보아 안정도가 떨어진다는 것을 알 수 있다. 하지만 실제로는 Oil상의 점도를 높였을 때와 마찬가지로 water상의 점도를 증가시킨면 에멀젼의 안정도는 증가하여 분리가 늦어져야한다. 실험상으로 homogenizer를 이용해 강제유화 시켜 에멀젼을 만들어야하나 본 실험에서는 손으로 흔들어 섞어주는 정도의 교반밖에 이루어지지 않아 입자들이 골고루 퍼지지 않은 상태에서 안정화 실험에 들어가 점도가 높은 에멀젼은 상대적으로 입자가 크기 때문에 더 빨리 분리가 된 것 같다.그림 9에서는 water상의 점도 변화는 실험 3-1과 같게 하고 Oil상의 점도변화 유무에 대한 에멀젼 안정도를 비교할

공학/기술| 2004.06.17| 14페이지| 2,000원| 조회(813)

고분자, 안정도, 콜로이드, 에멀젼, 텀

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[화학공학]고체의 열전도도

실험 1. 고체의 열전도도1. 서론고체의 열전도도는 열손실의 계산, 장치 재료의 선택, 보온 및 보냉 재료의 선정 등의 기초 자료로서 중요한 물성이다. 정상상태 열이동으로부터 비교법에 의해 열전도도를 측정하고, 전도 열전달을 이해한다.2. 실험 장치 및 방법1) 시험편 설치시험편을 깨끗이 닦고 기준편 사이에 조립한다. 이때 조절 너트를 돌려서 보온재 케이스가 플랜지에 균일하게 접근할 때까지 죈다. 보온재가 끼어들어가지 않도록 주의한다.2) 유량 설정냉각수가 일정하게 흐르도록 조절한다. 밸브를 조작하여 유량을 설정한다. 실험중에는 냉각조에 일정 유량이 공급되고 있음을 계속 확인한다.3) 온도 설정전원을 공급하고 전열기 제어기의 온도 조정 다이얼을 조작하여 실험온도로 설정한다. 이때 천천히 전열기 제어기의 온도 조정 다이얼을 조작하여 실험 온도로 설정한다. 이때 천천히 전력을 올려서 온도 상승을 보면서 열전달 속도가 일정하게 되도록 전력을 조절한다. 기준편의 온도는 전열기 제어기와 단상 전력 조정기에 의해 카트리지 히터를 조절하여 제어한다.4) 측정온도지시계에서 온도가 정상상태를 나타내면, 온도 전환 스위치로 전환하면서 온도 지시계에서 다른 온도를 각각 읽어서 기록한다.5) 시편을 바꾸어 위의 실험 과정을 되풀이한다.6) 장치를 정돈한다. 특히 동파 방지를 위해 반드시 물을 빼둔다.3. 실험 결과 및 검토1) 측정치를 정리하고 그림을 그린다.기준편 측정 온도온도차T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10ΔT1,2ΔT2,3ΔT3,4ΔT7,8ΔT8,9ΔT9,10시험편 1100999*************17124212시험편 297938984*************45111시험편 *************4*************111* 정상상태 1차원 전도 열전달은 다음 Fourier법칙으로 나타낸다.열전도도일반적으로 온도 T에서의 열전도도 k와 온도 To에서의 열전도도 ko의 관계는 다음과 같은 근사식으로 나타낼 수 있다.정확하게 구하기 위해서는 이를 온도에 따라 적분해야 하나 편의상 T1～T2 사이의 열전도도 평균값을 구해 이를 사용한다.열전도도를 측정하려면 열전도도를 미리 알고 있는 기준편 사이에 시험편을 깨우고 다음과 같은 식에 의하여 열전도도를 계산할 수 있다. (단, 정상상태이고 열전달 면적이 일정한 경우)기준편과 시험편의 접촉층에서 생기는 접촉 저항을 보정하기 위해서 시험편을 두 개를 끼우고 실험하여 이를 이용하여 저항을 구하도록 한다. 여기에 이용되는 식은 다음과 같다.}⇒∴LaLbΔTaΔTbΔTr12.12.053633222.04.032332.6732.04.037441.83*를 구하기 위해서는 기준편의 온도차 평균값이 필요하다. 이를 이용해서 계산한 값을 표로 정리하면 다음과 같다...위 자료를 이용하여 열전도도를 구하면 다음과 같다.11.2441.3250.35421.7803.45256.8931.0551.7755.590* Temperature profile (by sigma plot)4. 결론이번 실험은 기준편 사이에 두꺼운 시험편을 끼우고 기준편을 Reference로 하여 시험편의 열전도도를 측정하는 실험이었다. 일반적으로 열전도도는 온도의 함수이지만 여기서는 실험 온도 범위에서의 평균 열전도도를 구하였다. 실험 장치는 매우 간단하였다. Thermo couple이 시험편과 기준편에 연결되어 있어 온도를 digital로 읽을 수 있도록 설계되어 있고 steady state를 유지할 수 있도록 석면으로 보온을 할 수 있도록 되어 있었다. 냉각수의 경우 3개의 밸브를 조정하여 유량을 조절할 수 있었다. 그런데 보온재를 고정시키는 고정쇠가 없어서 약간 손으로 잡고 있어야 했고 냉각수도 그 수면의 높이를 정상상태로 유지시키기가 힘들어서 직접 눈으로 보면서 맞춰 주었다. 하지만 유량은 계속 1L/min으로 유지되었다.결과를 보면 열전도도 값이 크게 다른 것을 볼 수 있다. 그래프는 그럴듯하게 그려지지만 결과가 크게 차이가 나서 어떤 금속인지조차 말할 수없을 정도로 크게 오차가 생겼다. 그 원인을 생각해 보면 나사를 조일 때 끝까지 내려야 하는데 눈으로 확인하기 힘든 공간이 생겨서 접촉 저항이 매우 커지지 않았나 하는 생각이 든다. 그리고 T1이 정상상태에 도달하면 온도를 읽도록 되어 있는데 완전히 정상상태에 이르렀는지 알아보려면 좀 더 시간을 충분히 하여 측정했어야 하는 것으로 생각된다. 1번은 열이 전도된지 얼마 되지 않아 측정하여 열전도도가 너무 작게 나왔고 2번은 금속의 열전도도 범위 안에 들지만 어느 금속인지는 알아볼 수 없고, 3번은 마지막 네 온도가 2번과 같은 것으로 보아 열이 아직 다 전달되지 않은 상태에서 측정된 것이 아닌가 하는 의문을 갖게 한다. 그래서 뒤의 온도를 무시하고 앞의 온도만을 Reference로 측정한 결과, k1=0.931, k2=91.82, k3=1.095로 계산되나 이 역시 어떤 금속인지 말할 수는 없었다.

공학/기술| 2004.06.19| 6페이지| 1,000원| 조회(985)

화공, 실험, 고체, 열전도도, Heat

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