KR100773820B1

KR100773820B1 - 피트모스를 이용한 유흡착발포시트의 제조방법

Info

Publication number: KR100773820B1
Application number: KR1020070035659A
Authority: KR
Inventors: 권기만
Original assignee: 권기만
Priority date: 2007-04-11
Filing date: 2007-04-11
Publication date: 2007-11-06
Also published as: WO2008127010A1; US20100152039A1; US8153550B2

Abstract

본 발명은 유류 및 탄화수소등으로 오염된 해양 방제나 토양복원용의 유류 흡착 발포시트의 제조방법으로서 폴리우레탄 프리폴리머(POLYURETHANE PREPOPYMER), 정제한 피트모스(니탄:PEAT MOSS), 분산 및 정포제로서 레시틴(LECITIN), 발포제로서 N-메칠모르플린, 촉매로서 트리에티렌아민으로 조성되는 발포조성물로서 발포하여 연질 연속기포성의 발포체를 얻고 이를 스라이싱(SLICING)하여 수분함량 2%이하로 건조시켜서 되는 피트모스를 이용한 유흡착 발포시트의 제조방법에 관한 것이다.

Description

피트모스를 이용한 유흡착발포시트의 제조방법{ THE METHOD OF PREPARING FOAMING SHEET CAPBIE OF ABSORBING OIL USING PEAT MOSS }

본 발명은 유류 및 탄화수소등으로 오염된 해양 방제 또는 토양복원용 피트모스(PEATMOSS:니탄)를 이용한 유류흡착발포시트 제조방법에 관한것으로 구체적으로는 피트모스에 혼입된 돌, 자갈, 목편, 목초를 비롯한 이물질을 제거정선하여 함수상태로 세립화한 원료와 연질용 폴리우레탄 프리폴리머, 레시틴(LECITIN)으로 조성된 조성물로 발포시켜 폴리우레탄 연질발포 블럭을 얻고 이를 슬라이싱(SLICING)하여 시트화 하거나 연속공정으로 발포하여 얻어진 시트를 함수비 2%이내로 건조시켜서 되는 해양오염 방제용 피트모스를 이용한 유흡착발포시트의 제조방법에 관한 것이다.

근년에 이르러 급속한 산업의 발달로 원유(석유)수요가 급증하면서 석유의 탐사작업이 활발해지고 원유수송량이 급증하면서 유류 유출에 의한 해상사고가 빈번해짐에 따라 어류의 폐사는 물론 조류들에 치명적인 피해를 주게되고 또한 조류들의 서식지가 줄어들고 있으며 더욱이 탐사 및 시추작업에 따른 토양의 오염, 유 류수송관이나 저장탱크의 누수, 파열에 의한 사고와 공장폐수와 함께 고의적인 유출등에 의하여 토양의 오염도 날로 더해가고 있는 실정이다.

이와 같은 문제점 해결을 위하여 다종의 유흡착제와 유흡착방법들이 개발되어 왔다. 현재 사용하고 있는 유흡착제는 수백종에 달하며 용도에 따라서 유류의 해양오염에 의한 방제 수단으로 사용되는 유류흡착제 및 흡착방법들과 토양오염의 방제 또는 복원 수단으로 사용되는 유흡착제 및 흡착방법들로 분류될 수 있고 유흡착제의 성분에 따라서 지오라이트, 일라이트, 퍼얼라이트 등의 다공성 광물, 팽윤성이 큰 점토질의 벤토나이트 등의 무기질 흡착제가 있고 소나무껍질, 수수 또는 옥수수등의 속, 폐펄프, 사초의 줄기, 톱밥, 왕겨등 다공질의 흡착기능이 좋은 식물성의 천연유류흡착제 그리고 폴리에티렌, 폴리푸로피렌, 폴리스티렌등의 물질로된 입자, 섬유, 부직포등의 고분자 물질의 흡착제 그밖에 계면활성제 또는 계면활성제 조성물등이 있으며 이들의 단독 또는 이들의 결합에 의한 유류흡착제가 있고 이상의 유류흡착제에 유분해 미생물 제재를 결합시켜 생물학적으로 생분해하는 토양복원을 위한 유흡착제의 종류도 다양하다.

전술한 흡착제중 특히 해양오염에 의한 유흡착제는 주로 무기질 흡착제 또는 식물성 흡착제에 계면활성제 또는 계면활성제 조성물을 흡착시키거나 침투시킨 유흡착제로서 해상의 유류오염지역에 살포하여 오염된 기름을 흡착케하는 방법이 있다. 그러나 이와 같은 유흡착제는 기름을 흡착유화시킨 상태에서 유흡착제 입자들이 수중바닥면에 가라앉게되어 바닥면에 2차 공해를 유발하게 되며, 경우에 따라서는 흡착된 기름의 일부가 수압에 의해 침출되어 해상으로 부상하게 되는 문제점들 이 있다. 또 합성고분자(예:폴리에티렌,폴리프로피렌)의 탄화수소 흡착제는 흡착력이 좋으나 흡착에 요하는 시간이 길어지고 외부의 표면장력에 의해 흡수한 탄화수소를 완전하게 흡착하고 있지 못하고 일부의 기름 방울을 용탈시키는 단점을 갖고 있다.

또한 국내특허공보(공개번호:10-2006-0068163호)에는 유기점토를 이용한 유기성물질로 오염된 지하수를 정화하는 방법이 소개되고 있다. 기술내용인즉 점토광물에 계면활성제를 흡착시킨 유기성 오염물질 흡착제를 오염된 지하수에 투입하여 유기성오염물을 흡착시킨후 이흡착 혼합물을 지하수로부터 분리제거하는 과정을 포함하는 유기성물질로 오염된 지하수를 정화하는 방법이다.

이와 같은 방법은 유류를 흡착시킨 분말 또는 입자상태의 유흡착제를 지하수로부터 분리제거하는 작업이 극히 까다롭고 소규모의 한정된 지역의 유흡착 처리작업은 가능할 수 있으나 방대한 해양오염의 유흡착 처리작업은 불가능하다 .

그 밖에도 최근에는 유흡착성이 극히 우수한 피트모스(PEAT MOSS)를 이용한 유흡착제조 및 이를 이용한 처리방법들이 소개되고 있다.

일예로서 국내등록특허공보(등록번호:10-0455754호)에 유류 및 기타 탄화수소화합물을 제거하기 위한 생물학적 생분해 흡착제 및 그 제조방법이 소개되고 있으며 여기에서 유류 또는 탄화수소로 오염된 토양복원을 위하여 사용되는 생분해 흡착제 및 그 제조방법은 피터모스에 계면활성제를 첨가한 피터모스를 수분함량 7~8%로 건조한것에 매트릭스(배지:맥반석분말)에 미생물 제재를 접종하여 고정시킨 매트릭스를 첨가시킨 생물학적 생분해 흡착제 및 그 제조방법이다.

이와 같은 접착제는 유류를 포함한 탄화수소로 오염된 토양에 적합하게 사용되는 흡착제로서 유류로 오염된 방대한 해양에는 사용하기 곤란하며 사용한다 하더라도 미생물에 의한 생물학적 생분해는 무의미하며 또한 피트모스에 계면활성제를 첨가시킨 입자나 맥반석분말이 유흡착기능이 있긴하나 전술한 바와 같이 입자들로 구성되어 있어 유흡착 후 바다저면에 가라앉아 2차 공해를 유발시킨다.

그 밖에도 국내공개특허공보(공개번호:특1997-0061320호)에 이탄(PEAT MOSS)를 주제로한 흡착여과제의 제조방법이 소개되고 있으며 이는 이탄을 킬른에 넣고 300℃로 유지한 상태로 처리하여 수분함율을 줄임과 동시에 50%정도로 탄화시켜 이의 물성을 다공성 모세관 섬유질로 형성되도록 한 흡착여과제의 제조방법이며 등록특허공보(등록번호:20-0348451호)에는 피트모스를 이용한 유류오염토양의 생물학적 복원방법이 소개되고 있으며 이는 토양의 비옥화 지수측정 및 산도측정하여 이에 맞도록 토양에 영양소, 알카리(생석회 또은 탄산칼슘)의 첨가, 피트모스 흡착제를 첨가하여 유류로 오염된 토양을 원상복귀하는 방법으로 바다위에 오염된 유류를 흡착제거하는 방법으로는 적합하지 않다.

본 발명은 종래 해상오염에 따른 유류 또는 탄화수소 흡착제의 문제점을 개량보완한 발명으로 흡착기능이 뛰어난 천연물질의 피트모스(PEAT MOSS)를 고분자물질인 연질폴리우레탄 발포시트에 분산 고정시키므로서 유류 및 탄화수소의 흡착기능을 극대화 할 수 있고 또한 시트상태로 방제작업을 하므로서 다공성 천연광물이 나 다공성의 식물입자에 계면활성제등을 고정시킨 종래 유흡착제와는 달리 비산이나 해저침적에 의한 2차 공해를 방지할 수 있으며, 유흡착후 착유한 폴리우레탄시트를 레시틴(LECITIN)이나 기타 계면활성제용액에 침지하여 건조시키므로 2-3회 재사활용할 수 있어 경제적인 측면에서 크게 유리하므로서 경쟁력을 크게 향상시킬 수 있는 피트모스를 이용한 유흡착발포시트의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 피크모스를 이용한 유흡착발포시트의 제조방법은 폴리우레탄 프리폴리머(POLYURETHANE PREPOLYMER) 15~17wt%에 수분함량 10~50wt%의 피트모스를 이물질 제거처리와 동시에 100메쉬 스크린을 통과시킨 피트모스 교질물 80~82.8wt%, 분산 및 정포제로서 레시틴(LECITIN) 1~2wt%, 발포제로서 N-메틸모르플린 1~1.5wt%, 촉매로서 트리에티렌아민 0.2~0.3wt%로 배합하여 발포시킨 다음 발포체를 소정의 두께로 슬라이싱하여 수분 2wt%이하로 건조시킨 유흡착발포시트의 제조방법이라 할 수 있다.

상기 제조방법을 구제척으로 공정별로 설명하면,

폴리푸로피렌그리콜(PPG) 100pbw에 물 0.2pbw을 가하여 35~40℃로 20~30분간 가열한 다음 NCO/OH의 몰비 1.1, NCO/H2O 몰비 1.05 되도록 토루엔-2, 4-디이소시아 네이트(TDI)를 가하여 발열반응이 끝난다음 다시 점진적으로 승온시켜 120℃로 유지한 상태에서 2시간 교반 반응시킨다. 이 반응액을 80℃로 냉각하여 반응액에 대한 NCO의 함량비 9.5wt%가 되도록 상기 TDI 25pbw를 가하여 잘 혼합한 다음 다시 120℃로 승온 유지시킨 상태에서 40~80분간 반응시켜 냉각시킨 프리포리머를 제조하는 1단계 공정
수분함량 10~50wt%의 피트모스(peat moss)를 이물질제거와 동시에 세립화 시킨다음 100메쉬 스크린을 통과시킨 피트모스 교질물을 얻는 2단계 공정
1단계 공정에서 취득한 폴리우레탄 프레콜리머 15~17wt%, 2단계 공정에서 처리한 피트모스 교질물80~82.8wt%, 분산 및 정포제(레시틴) 1~2wt%, 발포제로서 N-메틸모르플린 1~1.5wt%, 촉매로서 트리에틸렌아민 0.2~0.3wt%을 배합하여 발포조성물을 조성하는 3단계 공정
상기 발포조성물로 블록상태로 발포시키는 4단계 공정
상기 블록상태의 폴리우레탄 발포체를 슬라이싱하여 소정의 두께로 시트화하는 5단계 공정
상기 폴리우레탄시트를 수분함량 2%이하로 건조시키는 유흡착시트의 제조방법이다.

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이상의 제조방법에서 사용되어온 피트모스(니탄:PEAT MOSS)는 주로 이끼류, 그외 벼과 식물, 사초 등 수목질의 유체가 분지, 습지대에 깊게 집적되면서 장구한 세월에 걸쳐 생물학적인 변화에 의해 분해 변성된 것으로 지압 및 열에의해 탄화된 것이 아니고 식물질의 주성분인 로진, 리그닌, 섬유등이 생물학적인 작용에 의해 부식, 분해, 변질된 것으로 기간에 따라 차이는 있겠지만 45~60%범위의 탄소함유량을 갖는 니탄 또는 토탄이라 불리워지고 있으며 주산지는 주로 한냉지인 러시아 케나다에서 채취되고 있으며 극히 다공질이여서 수분함량 2%이하로 건조시키면 자기중량의 10~13배까지 유 또는 탄산화수소류를 흡착할 수 있는 기능을 갖는 물질이라 할 수 있다.

또한 본 발명 제조방법에서 폴리우레탄 발포시트는 발포시트 조성물에 과량의 물이 함유된 피트모스가 첨가되므로서 연속기포성의 개방기포형(NON CELLULAR)으로 발포되며 밀도는 0.018~0.024g/cc범위이고 이와 같은 발포시트의 조직에 무수한 피트모스 입자 또는 편들이 결합고정되어 있으므로 유흡착 기능에 상승효과를 기대할 수 있다.

더욱이 인지질의 β-하이드록시 에칠트리메칠 암모니움 하이록사이드(PHOSPHATIDYL CHOLINE)으로 되어 있는 레시틴(LECITIN)은 독특한 향을 갖는 밝은 브라운색깔을 띤 점성의 반액상 물질로서 물에 녹으며 유화, 분산, 습윤, 윤활 및 침투제로서 항산화성을 가지며, 이형 및 브렌딩성이 있고 계면활성제의 기능도 함께 가지고 있으며 또한 동물의 사료, 세균 배지의 영양분으로도 이용될 수 있는 물질이다.

이와 같은 레시틴은 유화성 및 분산성 때문에 폴리우레탄조성물의 균질성을 확보할 수 있고 침투성이 우수하여 폴리우레탄 발포조직 및 피트모스입자에 깊히 침투하여 친유성을 갖게함과 동시에 셀(CELL)의 분포와 셀(CELL)의 크기를 균일하 게 하는 특성이 있다.

또한 발포방법은 소규모의 배치시스템 이나 대량생산방법인 연속발포법중 어느것을 선택해도 무방하며 프로세스에 있어서도 완쇼트법이나, 프레폴리머법을 사용해도 가능하다. 프레폴리머법은 프레폴리머의 저장안정성이 나쁜경우가 있고 프레폴리머를 제조하기 위해 1개 공정이 추가되는 결점이 있으나 발포제품의 균질성을 확보하고 불량품의 발생을 적게 하기 위하여 본 방법에서는 프레폴리머법을 채택하고 있으며 프레폴리머법의 뷰레트 분기형, 알로파네이트 분기형, 우레탄분기 연장형중에서 우레탄분기 연장형을 채택하고 있다.

그리고 폴리머에 첨가되는 정선 처리된 교질상의 피트모스 첨가량은 우수한 유흡착성을 최대화 하기 위하여 최대치로 첨가된 비율로 이와 같은 비율이상으로 첨가하면 유흡착시트의 인장강도가 떨어져 파단되기 쉽고 현장작업이 용이하지 않을 뿐만 아니라 피트모스입자들을 고정시켜 지지하는 힘이 약하여 피트모스입자가 폴리우레탄 연질 발포시트의 조직으로부터 쉽게 탈리된다.

이와 같이 제조된 유흡착시트의 사용방법은 해상, 호수, 강, 하천등에 오염되어 부상하는 유류 또는 탄화수소를 흡착하는 용도로 주로 사용되며 해상 또는 수면에 부상하고 있는 오염된 일정장소에 롤상연속발포시트 또는 단위발포시트를 산포설하여 유류 또는 탄화수소를 흡착하고 흡착된 시트를 수거하여 큰 용기에 착유와 동시에 착수하면 유류와 물이 상하로 분리되고 착유된 흡착시트는 경우에 따라 현장에서 재사용할 수도 있으나 이를 건조한후 레시딘 수용액이나 비이온성 계면활성제수용액에 침지한다음 착수하여 건조하면 1~2회정도 재사용할 수 있다.

또한 해변이 유류 또는 탄화수소 등으로 오염되었을 경우에는 흡착시트를 얕게 묻거나 해면 표면층에 가압하여 고정시켜두면 오염된 유류를 흡착하게 되고 흡착된 시트를 수거처리하면 된다.

그 밖에도 토양오염의 경우에는 토양에 오염된 유류농도, 토양의 비옥화지수(영양도), 산도등을 측정하여 이에 알맞도록 본 발명 유흡착발포시트에 생석회, 배지조성물등을 선택적으로 첨착시켜 오염된 장소에 흙을 파내고 시트 - 흙의 순서로 수개층으로 적층시켜두면 유류 또는 기타 탄화수소로 오염된 토양을 생물학적인 기작에 의하여 복원시킬 수 있다.

상술한 본 발명에 의한 피트모스를 이용한 유흡착발포시트는 유흡착기능이 뛰어나 자체중량의 10~13배까지 오염된 유류 또는 탄화수소등을 흡착할 수 있고 방제작업이 용이하며, 다공성의 광물성 또는 식물성입자에 계면활성제를 고정시킨 종래의 유흡착제와는 달리 비산 또는 해저침적에 의한 2차 공해를 유발하지 않으며 특히 해양에 오염된 유류등을 흡착하여 재생사용할 수 있고 유흡착시트 역시 2~3회 사용할 수 있어 경제적인 측면에서 잇점이 있고 경쟁력이 있는 유흡착발포시트라할 수 있다.

Claims

폴리우레탄 프리폴리머 15~17wt%에 수분함량 10~50wt%의 피트모스를 이물질 제거처리와 동시에 100메쉬 스크린을 통과시킨 피트모스 교질물 80~82.8wt%, 분산 및 정포제로서 레시틴(lecitin) 1~2wt%, 발포제로서 N-메틸모르플린 1~1.5wt%, 촉매로서 트리에틸렌아민 0.2~0.3wt%로 구성된 발포조성물로 발포하여 블록형의 폴리우레탄 발포체를 얻고 이를 슬라이싱하여 소정두께로 시트화한다음 수분함량 2wt%이하로 건조시킨 유흡착 발포시트의 제조방법.
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