KR0167537B1 - 수용성 고분자중합체의 수중분산형 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물의 정수·하수 및 폐수처리, 제지공정, 토목공사, 광산 등에서 응집제, 보류제, 지력증강제 등으로 광범위하게 사용되고 있는 수용성 고분자 중합체의 수(水)중분산형의 수처리제용 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 조성물 총중량을 기준으로 하여 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 폴리아민 공중합체 25 내지 40중량% 및 물 25 내지 40중량%으로 되어있는 폴리아민수용액에 카치온성폴리아크릴아미드 공중합체 분말 또는 폴리에틸렌옥사이드 공중합체 분말 20 내지 50중량%를 수중분산상에서 분산시킴을 특징으로 하는 수용성고분자중합체의 2상 수중분산형 수처리제용 조성물에 관한 것이다.
바람직하게는 본 발명은 조성물 총중량을 기준으로 하여 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 폴리아민 공중합체 30중량% 및 물 30중량%으로 되어 있는 폴리아민수용액에 카치온성폴리아크릴아미드 공중합체 분말 40중량%를 수중분산상에서 분산시킴을 특징으로 하는 수용성 고분자중합체의 2상 수중분산형 수처리제용 조성물에 관한 것이다.

Description

수용성 고분자중합체의 수중분산형 조성물
본 발명은 물의 정수·하수 및 폐수처리, 제지공정, 토목공사, 광산 등에서 응집제, 보류제, 지력증강제 등으로 광범위하게 사용되고 있는 수용성 고분자 중합체의 수(水)중분산형의 수처리제용 조성물에 관한 것이다.
종래 수용성 고분자 중합체의 공업적 사용은 주로 분말(powder)상 또는 에멜젼(Emulsion)상으로 이용되어 왔다. 그러나 분말상의 수용성고분자 중합체를 사용할 경우 작업시에 비산하는 문제가 있어 작업장 주위에 미끄럼 현상을 유발하여 안전사고의 원인이 될 뿐만 아니라 용해시간의 장기화(1시간 이상) 및 완전용해가 곤란하여 불용분(fisheyes)이 존재할 뿐만 아니라 다량 투입시 뭉침 현상으로 공정에 심각한 문제를 야기할 수 있고 더욱이 공정의 자동화에 많은 어려움이 있어 왔다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발 이용되고 있는 방법이 수용성 고분자 중합체의 유 중 수형 에멀젼(water in oil emulsion)이다. 그러나 이러한 에멀젼상의 수용성 고분자중합체는 제품의 유효기간이 단기간(일반적으로 6月 이하)이며, 유효기간이 경과하게 되면 에멀젼 입자의 엉김 현상이 발생하고 그 입자가 성장하면 전체가 겔(Gel)化 되어 사용이 매우 곤란할 뿐만 아니라 동 기간내에서도 저장시 상(Phase)분리 현상이 일어나기 때문에 사용시 교반이나 드럼 굴림등으로 혼합해야 한다. 또한 현장에서 사용하기 위해서는 유 중 수(water in oil)형에서 수 중 유(oil in water)의 형으로 전환해 주어야 하고 이를 위한 별도의 장치가 필요할 뿐만 아니라 에멀젼은 수(water)상이 기름에 분산되어 있는 형태로서 이 상태로 온도가 낮아질 경우 수상이 동결 팽창하면서 입자의 크기가 커지는 관계로 분사된 입자와 충돌 확률이 높아져 에멀젼이 파괴될 가능성이 높다는 문제가 있다. 뿐만 아니라 에멀젼(Emulsion)에 포함되어 있는 기름 및 유화제들이 정수 및 폐수처리시 처리수에 녹아들어가 2차 환경오염을 유발시킬 우려가 있어서 에스 알 아이 레포트(SRI Report)에 의하면 독일, 오스트리아, 스위스 등 유럽국가에서는 기름 및 유화제들이 환경을 2차적으로 오염시키는 문제가 대두되어 있다고 되었다. (SRI. WATER MANAGEMENT CHEMICALS)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구 검토한 결과 수용성 고분자중합체를 분산(dispersion) 형성용 첨가제에 분산시킨 수중분산형 조성물을 제조하여 상기의 문제점들을 해결할 수 있었다. 이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 조성물은 수용성 분말고분자중합체, 물 및 분산(dispersion)형성용 첨가제로 구성된다. 본 발명은 수처리제 조성물 총중량을 기준으로 하여 분말상 수용성고분자중합체 20 내지 50중량%, 물 25 내지 40중량% 및 분산(dispersion) 형성용 첨가제 25 내지 40중량%로 이루어지는 현저한 안전성을 갖는 수중분산형 조성물에 관한 것이다. 여기에서 물(H2O)은 첨가제에 포함되어 있는 물을 포함하는 개념이다. 즉 안정한 본 발명의 수(水)중분산형 조성물은 수용성분말 고분자중합체, 물 및 분산(dispersion)형성용 첨가제로 구성된다.
본 발명은 조성물 총중량을 기준으로 하여 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 폴리아민 공중합체 25 내지 40중량% 및 물 25 내지 40중량%으로 되어 있는 폴리아민수용액에 카치온성폴리아크릴아미드 공중합체 분말 또는 폴리에틸렌옥사이드 공중합체 분말 20 내지 50중량%를 수중분산상에서 분산시킴을 특징으로 하는 수용성고분자중합체의 2상 수중분산형 조성물에 관한 것이다.
바람직하게는 본 발명은 조성물 총중량을 기준으로 하여 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 폴리아민 공중합체 30중량% 및 물 30중량%으로 되어 있는 폴리아민수용액에 카치온성폴리아크릴아미드 공중합체 분말 40중량%를 수중분산상에서 분산시킴을 특징으로 하는 수용성 고분자중합체의 2상 수중분산형 수처리제용 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 기본 원리는 수용성 물질들의 용해도 차이를 이용한 것으로서 용해도가 낮은 물질을 물에 녹여 놓은 상태에서 친수성이 강한 물질을 추가로 용해시킬 경우 기존에 녹아 있는 용해도가 낮은 물질이 석출되는 현상을 이용한 것이다.
즉 수용성 고분자 물질인 폴리아크릴아미드를 물에 녹여 놓은 상태에서 전해질을 첨가시킬 경우 일정농도 이상의 전해질이 물에 용해될 경우 폴리아크릴아미드가 물 밖으로 석출되는 현상을 역으로 이용하여 기존의 물에 일정 농도 이상의 전해질을 녹여 놓을 경우 상기 수용성 고분자물질이 물 속에서 용해되지 못한다라는 것을 착안한 것이다. 이 상태를 만들기 위해서는 용해성 및 용해도가 아주 큰 물질을 선정하여 수용성 고분자가 물에 전혀 녹지 못하게 하는 상태를 만드는 것이 첨가제의 가장 중요한 역할이다.
다수의 공업용도에 있어서 가장 일반적으로 쓰이는 중합체는 아크릴아미드 호모폴리머(acrylamide homopolymer), 아크릴아미드(acrylamide)와 ① 디메틸아미노에틸아크릴레이드메틸클로라이드 쿼터너리(Dimethylaminoethylacrylate methylchloride quaternary) ② 디메틸아미노에틸메타크릴레이드메틸클로라이드 쿼터너리(Dimethylaminoethylmthacrylatemethylchloride quaternary) ③ 디메틸아미노에틸아크릴레이드디메틸설페이트 쿼터너리(Dimethylaminoetylacrylatedimethysulfate quaternary) ④ 디메틸아미노에틸메타크릴레이드디메틸설페이트 퀘터너리(Dimethylaminoethylmethacrylatedimethysufate quaternary) ⑤ 디메틸 다알릴암모늄클로라이드(Diemthydiallylammonium chloride) ⑥ 아크릴릭액시드 소디움 솔트(Acrylicacid sodium salt) 또는 ⑦ 디메틸아미노프로필아크릴아미드(Diemthylaminopropylacrylamide) 등과의 공중합물 또는 폴리에틸렌옥사이드(Polyethyleneoxide)등이다. 이 수용성고분자중합체는 카치온(Cation)또는 안이온(anion)성의 어느 것도 될 수 있으며 또 비이온성도 가능하다. 바람직한 고분자 중합체는 분자량 1000000 이상의 것이다.
액상은 물 및 분산형성용 첨가제로 이루어진다. 액상은 수처리제 전조성물량의 50 내지 80중량%가 포함되어 있고 분산형성용 첨가제는 수처리제 전조성물량의 20 내지 40중량%이다. 본 발명의 조성물을 제조하는데 사용되는 분산형성용 첨가제는 고농도에서 수용성 고분자가 물에 용해되는 것을 방해하는 고흡수성의 무기 또는 유기 전해질이다. 다음의 무기 또는 유기 전해질들은 용해도가 높은 물질들을 선정한 예이다.
무기 전해질로는 암모늄클로라이드(NH4Cl), 암모늄설페이트((NH4)2SO4), 염화마그네슘(MgCl2) 및 그 수화물(MgCl2·6H2O), 황산마그네슘(MgSO4) 및 그 수화물(MgSO4·7H2O), 염화칼륨(KCl), 황산칼륨(K2SO4), 염화나트륨(NaCl), 황산나트륨(Na2SO4) 및 그 수화물(Na2SO4·7H2O, Na2SO4·10H2O), 염화칼슘(CaCl2) 및 그 수화물(CaCl2·H2O, CaCl2·6H2O), 염화스트론튬(SrCl2) 및 그 수화물(SrCl2·6H2O), 염화리튬(LiCl), 황산리튬(LiSO4) 및 그 수화물(LiSo4·H2O), 마그네슘아세테이트(Mg(C2H5O2)2), 칼륨아세테이트(KC2H5O2), 나트륨아세테이트(NaC2H5O2), 칼슘아세테이트(Ca(C2H5O2)2, 리튬아세테이트(LiC2H5O2), 스트론튬아세테이트(Sr(C2H5O2)2) 등이다.
유기 전해질의 예는 다음과 같다.
① 에피클로로히드린(Epichlorohydrin)에 다음물질 중의 어느하나를 부가시킨 제품
a) 디메틸아민 (Dimethylamine)
b) 디에틸아민 (Diethylamine)
c) 디에틸렌트리아민 (Diethylenetriamine)
d) 에틸렌디아민 (Ethylenediamine)
e) 디에틸렌트리아민 (Diethylenetriamine)과 아디픽액시드 (Adipic acid)의 축합물
② 포름알데히드 (Formaldehyde)와 다음물질 중의 어느 하나를 축합시킨 제품
a) 디시안디아마이드(Dicyandiamide)
b) 우레아(Urea)
c) 멜라민(Melamine)
③ 폴리에틸렌이민 (Polyethyleneimine)
④ 폴리디메틸디알린 암모늄클로라이드 쿼터너리 (Polydimethyldially ammonium chloride quaternary)
⑤ 폴리아크릴릭액시드 (polyacrylic acid) 및 이의 나트륨염
상기 전해질들의 첨가제로서의 선정 기준은 다음과 같다. 산화수가 +1가인 경우 안이온 및 비이온성 그리고 카치온성 수용성 고분자와의 병용사용이 가능한 반면에 산화수가 +2가 이상인 경우에는 안이온성 수용성 고분자와의 병용사용은 분산상의 조성물을 수용액상으로 만들 경우 자체 응집현상이 일어나므로 혼용이 불가능하다. 그러나 산화수가 +2가 이상인 경우 -(마이너스) 입자로 대전된 현탁계에서 산화수가 +1가인 경우에 비하여 10배이상의 제타포텐셜을 중화시키는 역할을 갖게 되고 카치온성 수용성 고분자와 병용시에는 용도에 따라 상승효과를 얻을 수 있어 분산상의 조성물을 만들기에 적합하며 비이온성 수용성 고분자와의 혼합물을 새로운 타입의 물성을 기대할 수 있다.
이러한 본 발명의 조성물의 특징은 첫째, 본 발명의 조성물은 유 중 수(water in oil)형 에멀젼과 달리 탄화수소 및 계면활성제를 사용하지 않기 때문에 탄화수소가 처리수에 포함되지 않는다. 즉 제2차적 환경오염의 우려가 없다는 점이다. 둘째, 본 발명의 조성물은 에멀젼(Emulsion)에 비해 동결의 우려가 적다는 것이다. 에멀젼은 수상이 기름에 분산되어 있는 상태로서 온도가 낮아질 경우 수상이 동결 팽창하면서 입자의 크기가 커지는 관계로 분산된 입자와 입자의 충돌 확율이 높아져 에멀젼이 파괴될 가능성이 높아진다. 그러나 본 발명의 조성물에는 전해질이 다량 녹아 있으므로 -20℃ 정도에서도 동결의 우려가 없어 (몰내림 현상) 저온에서도 유동성 및 안정성을 가질 수 있다. 셋째, 본 발명의 조성물은 염 농도가 높기 때문에 미생물에 의한 분해의 우려가 없다. 일반 수용성 고분자의 경우 물에 접하여 있을 경우 물 안에서 미생물이 번식하면서 수용성 고분자를 분해시키지만 본 발명의 조성물은 미생물이 번식하기 어려운 고농도의 전해질을 사용함으로써 미생물에 의한 분해가 불가능하게 조성되어 있다. 넷째, 본 발명의 조성물은 특별한 장치가 없이 간편하게 사용할 수 있다. 에멀젼(Emulsion)의 경우 일반 용해 탱크에서 직접 용해할 경우 에멀젼 상이 유 중 수(water in oil)형에서 수 중 유(oil in water)형으로의 전환이 완벽하게 이루어질 수 없으므로 유 중 수(water in oil)형의 에멀젼 체계를 전환시키는 장치가 필요하다. 그러나 본 발명의 조성물은 오일(oil)상이 존재하지 않으며, 계면활성제 또한 들어있지 않으므로 별도의 유화파괴과정이 필요하지 않고 분말상의 제품이 지니고 있는 엉김 현상도 없이 쉽게 용해가 된다. 다섯째, 본 발명은 최소시간의 용해로 완전 용해가 가능하다. 즉 분말상에 비하여 용해시간이 현저히 단축(1기간 이내) 될 뿐만 아니라 용해시에도 뭉침 현상 및 불용분(fisheyes) 발생하지 아니하며 이 덩어리들에 의한 공정상 문제가 야기 될 우려가 없고 자동화 공정이 가능하다. 여섯째, 성능의 저하 없이 장기간 보관 및 사용이 가능하다. 에멀젼(Emulsion)상의 경우는 그 유효기간이 단기간(보통 6月) 이어서 유효기간이 경과하면 현격히 성능이 저하될 뿐만 아니라 에멀젼 입자끼리의 엉김 현상이 발생하고 그 입자들이 성장하면 전체가 겔(Gel)화 되어 사용이 불가능하다. 그러나 본 발명의 조성물은 그러한 문제가 없을 뿐만 아니라 1년 이상이 경과되어도 안전하게 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예의 의하여 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
[제조예 1]
폴리아크릴아미드의 20% 가성소다 가수분해 제품(Acrylamide 80% 및 Acrylic acid sodiumsalt 20%의 copolymer)의 제조
교반조에 물 30g을 채우고 황산나트륨수화물(Na2SO4·7H2O) 30g을 투입하여 500rpm으로 30분간 교반한 후 만들어진 전해 수용액을 완속교반조로 이송한 다음 50rpm으로 교반하면서 수용성 고분자 폴리아크릴아미드 40g을 투입한다. 만들어진 조성물은 안정한 수중분산형의 조성물이다.
[비교예 1]
탁도가 있는 하천수 500㎖를 500㎖의 비이커에 채취한 후 폴리알루미늄클로라이드(polyaluminum chloride) 50ppm을 가하고 300rpm으로 2분간 교반한 후 가성 소다로 PH를 7로 조정한 후 다시 1분간 300rpm으로 교반시킨 후 여기에 본 발명의 조성물, 분말상의 수용성 고분자 및 에멀젼상의 수용성 고분자의 수용액을 각각 주입하고 30rpm으로 30초간 교반한 후 침전속도 및 탁도를 측정한 결과 아래 표1과 같았다.
[실시예 2]
[제조예 2]
폴리아크릴아미드 공중합체의 2상 수중분산형 수처리제용 조성물의 제조
폴리아크릴아미드 공중합체(Acrylamide 80%과 Dimethylaminoethylacrylate methylchloride quaternary 20%의 공중합체) : 40%(40g)
폴리아민 공중합체(디메틸아민과 에피클로로히드린의 공중합체) 50% 수용액 : 60% (60g)
완속 교반조에 디메틸아민과 에피클로로하이드린의 폴리아민 공중합체 50% 수용액 60g을 투입하고 50rpm으로 교반하면서 여기에 폴리아크릴아미드 공중합체 40g을 투입한다. 제조된 조성물은 안정한 2상(Phase) 수중분산형의 조성물이다.
[비교예 2]
식품회사의 활성오니조에서 나오는 잉여오니를 각 500㎖씩 100㎖의 비이커에 채취한 후 여기에 용해시킨 본 발명의 수처리제용 조성물, 분말상의 고분자 및 에멀젼(Emulsion)상의 조성물로 만들어진 수용액을 각각 주입한 후 10초 동안 500rpm으로 교반시킨다. 각 시료를 필터프레스테스터기에 넣고 같은 압력(0.5Kg/cm으로 탈수시킨 후 필터의 오염정도와 탈수케이크의 측정결과 표2와 같다.

Claims (1)

  1. 조성물 총중량을 기준으로 하여 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 폴리아민 공중합체 25 내지 40중량% 및 물 25 내지 40중량%으로 되어 있는 폴리아민수용액에 카치온성폴리아크릴아미드 공중합체 분말 또는 폴리에틸렌옥사이드 공중합체 분말 20 내지 50중량%를 수중분산상에서 분산시킴을 특징으로 하는 수용성 고분자중합체의 2상 수중분산형 수처리제용 조성물.
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