KR100981023B1 - 동절기 친환경 도로시설물 세척용수 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동절기 친환경 도로시설물 세척용수에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적인 유기 및 무기물질들 간의 최적의 조합비를 갖도록 그 함량을 제어함으로써 각 성분이 가지고 있는 이점뿐만 아니라 상기 함량의 제어에 따른 상승효과를 얻을 수 있다. 더욱이 세척용수로서 가져야 할 특성, 즉 사용 후에 세척 부위 및 주변이 재결빙이 안되며, 친환경적이고 액상형태로서 보관이 용이하므로 그 효과가 장시간 지속되어 경제적이며, 살수가 용이하고, 나아가 수입대체 효과를 거둘 수 있는 발명이다.

Description

동절기 친환경 도로시설물 세척용수{An Eco-Friendly Winter Cleaning Water for Street Furniture}

본 발명은 동절기 친환경 도로시설물 세척용수에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적인 유기 및 무기물질들 간의 최적의 조합비를 포함하여 저온에서도 얼지 않고 저부식성이므로 동절기에도 사용이 가능할 뿐만 아니라 토양 및 하천의 오염을 일으키지 않고, 액상형태로서 보관이 용이한 동절기 친환경 시설물 세척용수에 관한 것이다.

도로상에는 운전자나 보행자가 길을 잘 찾아 갈 수 있도록 하기 위하여 설치하는 여러 종류의 시설물이 있는데, 그 종류는 차도, 보도, 육교, 교량, 보도 펜스, 가드레일, 가로등주, 정류장, 도로 반사경, 표지판, 시선유도봉, 방음벽, 휴지통 등 매우 다양하다.

최근 기상 이변과 대기 중의 매연, 먼지, 눈, 비, 자외선 등 기후 변화에 따라 도로상 관련 시설물이 오염 및 퇴색되어 노후되는 정도가 갈수록 더욱 심해지고 있으며, 특히 겨울철에 도시지역은 수증기가 많고 미세먼지가 응결핵으로 작용하여 안개가 많이 발생하고, 미세 먼지나 제설작업시 사용되는 제설제 및 발생되는 분진에 의하여 시설물이 산화되어 피해가 발생하고 있는 실정이었다.

한편, 일반적으로 동절기를 제외한 시기에는 도로시설물을 세척하기 위한 세척용수로서 세제를 물에 적당히 희석시켜 사용하여도 이들 시설물을 깨끗하게 세척할 수 있어 문제가 별로 발생되지 않았으나, 동절기 중 혹한기인 1, 2월에는 기온이 영하 20℃까지 하강하여 물이 얼기 때문에 이 기간 동안 시설물을 세척하는 것은 불가능하여 제설제, 눈, 먼지 등 오염물질에 의한 시설물의 오염이 심각한 상태로 방치될 수밖에 없었을 뿐만 아니라, 세척장비의 운행시에는 세척용수의 사용으로 동파가 우려되는 등 많은 문제점이 있었다.

또한 간혹 세척수를 따뜻하게 하여 사용함으로써 시설물을 세척할 수 있었으나, 작업 후에는 시설물의 세척 부위 및 주변에 남겨진 물이 얼어붙게 되어 미끄러짐에 의한 사고의 위험이 상존하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 동절기 친환경 도로시설물 세척용수에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적인 유기 및 무기물질들 간의 최적의 조합비를 포함하여 저온에서도 얼지 않고 저부식성이므로 동절기에도 사용이 가능할 뿐만 아니라 토양 및 하천의 오염을 일으키지 않고, 액상형태로서 보관이 용이한 동절기 친환경 시설물 세척용수의 제공에 그 목적이 있다.

본 발명의 동절기 친환경 시설물 세척용수는 염화마그네슘 25~35중량부, 글리세린 4~10중량부, 부식방지제 1~4중량부, 계면활성제 0.1~1중량부, 물 50~60중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 동절기 친환경 시설물 세척용수는 상기 부식방지제가 구연산나트륨 또는 구연산칼륨으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 동절기 친환경 시설물 세척용수는 상기 계면활성제가 비이온계 암모늄플루오로 알킬설폰이미드(Anionic Ammonium fluoroalkyl sulfonimide)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동절기 친환경 도로시설물 세척용수는 하기와 같은 효과를 가진다.

첫째, 저온에서 세척용수가 얼지 않아 동절기에도 사용이 가능하므로 미세먼지, 분진 등에 의하여 오염된 도로 시설물을 획기적으로 세척할 수 있어 사시사철 깨끗하고 쾌적한 도로 환경 제공 및 시민 건강에 기여할 수 있다.

둘째, 친환경 세척용수는 부식성이 없으므로 차량 및 도로 시설물의 수명을 연장시켜 차량의 내구년수 증가 및 시설물의 유지보수비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 하천 및 토양에 유입시 오염을 유발하지 않는다.

먼저 본 발명의 구현예를 설명하기로 하고, 이하 본 발명의 각 구성성분에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

(A) 염화마그네슘

염화마그네슘은 동절기 친환경 시설물 세척용수의 어는점을 강하시키는 역할을 하며, 상기 염화마그네슘의 함량은 25~35중량부로 사용한다. 만일 세척용수 내 함량이 상기 범위인 25중량부 미만이면 세척용수의 어는점을 강하시키는 역할이 미약하고, 이와 반대로 상기 범위인 35중량부를 초과하는 경우 어는점을 강하시킬 수 있으나 부식성이 증가되므로 그 이상의 사용은 문제가 발생한다.

염화마그네슘은 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.

(B) 글리세린

글리세린은 제1성분인 염화마그네슘의 어는점을 강하시키는 역할을 도와주는 촉진제로 작용한다. 상기 글리세린의 함량은 4~10중량부로 사용한다. 만일 그 함량이 4중량부 미만이면 어는점 촉진작용이 거의 나타나지 않고, 이와 반대로 10중량부를 초과하게 되면 세척용수의 산성도가 증가하고 부식성이 야기되는 문제가 생길 수 있다.

이러한 글리세린은 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.

(C) 계면활성제

계면활성제는 묽은 수용액 속에서 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시켜 세정력을 증가시키고, 기포의 안정성을 증가시키는 물질로서 작용하는 것인데, 본 발명에서 사용되는 것은 음이온계 계면활성제로서 암모늄 플루오로알킬설폰이미드(Ammonium fluoroalkylsulfonimide, 미국 3M사 제품, 비중 1.14, 25℃)이다. 상기 계면활성제의 함량은 0.1~1중량부로 사용한다. 만일 그 함량이 0.1중량부 미만이면 기포력 증가의 효과가 미미하며, 이와 반대로 1중량부를 초과하게 되면 전체적인 세척 능력이 저하되는 문제가 생길 수 있다.

(D) 부식방지제

본 발명에서 사용되는 부식방지제는 구연산나트륨 또는 구연산칼륨으로서 동절기 친환경 시설물 세척용수가 자동차, 콘크리트나 아스팔트 도로, 교량, 차량, 시설 구조물과 접촉하더라도 이들의 부식을 방지하는 부식방지제의 역할을 하며, 이러한 특성은 상기 구조물들의 내구성과 관련되어 세척용수로서 고려되어야 할 사항이다.

본 발명에서 상기 구연산나트륨 또는 구연산칼륨의 함량은 1~4중량부로 사용한다. 만일 그 함량이 하한치인 1중량부 미만이면 부식 방지에 큰 효과가 없어 자동차나 도로 등에 세척용수가 접촉될 경우 부식이 발생하여 그 내구성이 저하된다. 이와 반대로 함량이 상한치인 4중량부를 초과하면 오히려 어는점 강하를 방해하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다. 이러한 구연산나트륨과 구연산칼륨은 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서 특별히 한정하지는 않는다.

본 발명의 세척용수에서 상기에 언급된 성분을 제외한 나머지 성분은 물로서 50~60중량부의 범위 내에서 사용된다.

상기한 동절기 친환경 시설물 세척용수는 염화마그네슘 25~35중량부, 글리세린 4~10중량부, 부식방지제 1~4중량부, 계면활성제 0.1~1중량부, 물 50~60중량부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 세척용수는 그 어는점이 -45℃ 내지 -55℃의 범위를 가진다.

이러한 낮은 어는점으로 인하여 본 발명의 세척용수는 동절기에 우수한 세정성능을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 세척작업 후에 추운 날씨로 인하여 세척 부위 및 주변이 다시 결빙되는 것을 방지한다.

상기 동절기 친환경 도로시설물 세척용수는 유기 및 무기물질들 간의 최적의 조합비를 갖도록 그 함량을 제어함으로써 각 성분이 가지고 있는 이점뿐만 아니라 상기 함량의 제어에 따른 상승효과를 얻을 수 있다. 더욱이 세척용수로서 가져야 할 특성, 즉 사용 후에 세척 부위 및 주변이 재결빙이 안되며, 친환경적이고 액상형태로서 보관이 용이하므로 그 효과가 장시간 지속되어 경제적이며, 살수가 용이하고, 나아가 수입대체 효과를 거둘 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 하기에서 설명하는 본 발명의 실시예는 본 발명의 구체적인 예에 불과할 뿐이므로 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 세척용수의 제조

먼저 물 1.2ℓ에 염화마그네슘 600g, 구연산나트륨 60g을 서서히 교반하며 첨가하였다. 그 후 글리세린 120g, 음이온계 계면활성제인 암모늄 플루오로알킬설폰이미드(미국 3M사 제품, Novec 4200) 20g을 첨가하여 교반하여 위 세척용수를 제조하였다.

<실시예 2>

물 1.0ℓ, 글리세린 100g, 구연산나트륨 80g을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성성분 및 양으로 하여 세척용수를 제조하였다.

<실시예 3>

음이온계인 암모늄 플루오로알킬설폰이미드(미국 3M사 제품) 30g, 구연산나트륨 100g을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성성분 및 양으로 하여 세척용수를 제조하였다.

<실시예 4>

물 1.0ℓ, 염화마그네슘 800g, 음이온계인 암모늄 플루오로알킬설폰이미드(미국 3M사 제품) 30g을 첨가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성성분 및 양으로 하여 세척용수를 제조하였다.

<비교예 1>

일반 수돗물에 시중에서 쉽게 구할 수 있는 중성세제를 혼합하여 세척용수를 제조하였다.

<비교예 2>

30% 염화칼슘 수용액을 세척용수로 사용하였다.

하기에서는 위에서 제조된 세척용수에 대하여 여러 가지 항목에 걸쳐 시험을 수행하였다.

실험예 1 : 물성시험

본 실험은 실시예 1, 2에서 제조된 세척용수의 물성을 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

물성 시험 결과

	실시예 1	실시예 2	시험방법	비고
비중	1.22	1.22	KS M ISO 2811-1 : 2002
점도	7.1	7.1	KS M 3705 : 1996
pH(25℃)	7.2	7.2	KS M 0011 : 2003

실험예 2 : 재결빙 실험

본 실험은 -15℃, -20℃에서 실시예 1 내지 4 및 비교예 2의 세척용수를 물과 3 : 7, 5 : 5, 7 : 3의 비율로 희석한 후 준비한 세척대상물로서 가드레일과 위의 희석 세척수를 위의 각 온도에서 2시간 저온 챔버에 방치하였다.

2시간 방치한 다음 분무기를 이용하여 희석세척수를 가드레일에 충분히 젖을 정도로 분무한 후 1시간 동안 방치한다. 이어서 가드레일의 표면을 흡습지를 사용하여 세척수의 흡수 후 잔여물의 존재 여부로 결빙 여부를 판단하였다. 또한 바닥에 떨어진 세척수의 결빙 여부도 확인하였고, 얻어진 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

재결빙 실험결과

	영하 -15℃			영하 -20℃			비 고
	3:7	5:5	7:3	3:7	5:5	7:3	비교예 1은 희 석비 없음
실시예 1	△	×	×	○	×	×
실시예 2	△	×	×	○	×	×
실시예 3	○	△	△	○	○	△
실시예 4	○	△	△	○	○	△
비교예 1	○	○	○	○	○	○
비교예 2	△	×	×	○	×	×

* 결빙 :○, 슬러시(slush) :△, 결빙 없음 :×

상기 표 2를 보면, 실시예 1, 2는 세척용수의 함량이 적을 경우 -15℃에서 약간 얼기 시작하여 함량이 많을 경우 얼지 않았으나, -20℃에서는 세척용수의 함량이 적을 경우 결빙되었고 함량이 많을 경우 얼지 않았으며, 실시예 3, 4는 함량이 적을 경우 결빙되었고 함량이 많을 경우 약간 얼었으며, 비교예 1은 희석비와 관계없이 결빙되었으며, 비교예 2는 실시예 1, 2와 동일한 결과를 나타내었다.

실험예 3 : 세정력 시험

세정력을 평가하기 위하여 세척용수를 가로 ×세로 각 20의 오염물질이 도포된 유리판에 스프레이건을 사용하여 3회 분사한 후 마른 휴지로 5회 닦아내어 그 표면을 깨끗하게 하였다. 유리표면의 투명도에 대한 판정을 알아보기 위하여 소비자 30명을 대상으로 한 관능평가를 통해 5점 측정법(1점 : 세정력 전혀 없음, 2점 : 세정력 약간 있음, 3점 : 세정력 보통, 4점 : 세정력 우수, 5점 : 세정력 매우 우수)에 따라 시험을 하였으며, 그 결과를 표3에 나타내었다.

세정력 평가

실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2
4.7	4.6	4.3	4.4	4.8	4.3

상기 표 3을 보면, 실시예 1, 2이 실시예 3, 4 및 비교예 2보다 세정력이 우수함을 알 수 있다.

실험예 4 : 중금속 용출성 시험

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조한 시설물 세척용수의 중금속용출 실험을 실시함으로써 환경친화성 정도를 알아볼 수 있었다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 KS M 0032 : 2004(ICP-MS) 시험방법을 이용하여 중금속 용출시험을 실시하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

중금속 용출 시험결과 (단위:㎎ /㎏)

	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Zn	Pb
환경마크기준	2.5	0.05	15	20	0.05	2.5	50	5
실시예 1	×	×	×	×	×	×	×	×
실시예 2	×	×	×	×	×	×	×	×
실시예 3	1.2	×	×	×	0.06	×	7.2	×
실시예 4	1.1	×	30	×	×	×	×	3.2
실시예 5	1.3	×	×	11	×	2.7	×	×
비교예 1	×	0.02	×	×	0.03	×	×	2.6
비교예 2	1.7	0.03	×	7	×	1.2	×	×

상기 표 4를 보면, 실시예 1, 2은 중금속이 전혀 검출되지 않았으나, 실시예 3, 4 및 비교예 1, 2에서는 중금속의 일부가 검출되었다.

실험예 5 : 피부 자극 시험

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조한 시설물 세척용수를 New Zealand 토끼의 피부에 적용한 후 홍반 및 부종 등의 피부반응을 관찰하여 환경친화성 정도를 알아보았다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 식품의약품안전청 고시 제2009-116호의 시험방법을 이용하여 피부 자극 시험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

피부자극 시험결과

	결과치	비 고
실시예 1	피부 반응 없음
실시예 2	피부 반응 없음
실시예 3	홍반이 극히 일부 나타남
실시예 4	부종이 미미하게 나타남
비교예 1	부종이 극히 미미하게 나타남
비교예 2	홍반이 극히 일부 나타남

상기 표 5를 참조하면, 실시예 1, 2은 피부 반응이 없어 피부에 비자극성 물질인 것으로 확인되었으나, 실시예 3, 4 및 비교예 1, 2는 홍반, 부종이 약간 나타나 피부에 자극성 물질인 것으로 확인되었다.

실험예 6 : 금속 부식성 실험

본 실험은 세척용수의 금속부식성 테스트를 알아보기 위한 것으로서, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조된 세척용수를 각기 다른 시험편(철, 알루미늄)을 제조하고, 이를 상기 세척용수에 72시간 침지시킨 후 시료의 무게의 변화를 측정하였다. 이때 얻어진 결과는 하기 표 6에 나타낸 바와 같다.

금속 부식성 시험결과

	철 판(㎎/㎠)		알루미늄 판(㎎/㎠)		실험방법 및 규격
	기준	부식량	기준	부식량
실시예 1	1.5 이하	0.08	1.2 이하	0.15	실험방법 ASTM F483, 규격 (가로, 세로 각각 50cm, 두께 2cm)
실시예 2	〃	0.09	〃	0.14
실시예 3	〃	0.11	〃	0.18
실시예 4	〃	0.14	〃	0.21
비교예 1	〃	0.20	〃	0.29
비교예 2	〃	0.24	〃	0.31

상기 표 6은 실시예 1 내지 4 및 비교예 1, 2에서 제조된 액상 제설제 조성물의 금속류 부식성 시험 결과를 보여주는 것인데, 철, 알루미늄 모두 기준치 이내이나, 본 발명의 조성물인 실시예 1, 2가 실시예 3, 4 및 비교예 1, 2보다 부식성이 양호함을 나타내고 있다.

실험예 7 : 송사리를 이용한 어류 독성 시험

본 실험은 세척용수를 이용하여 송사리를 통한 어독성 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다. 실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 OECD TG 203방법에 의거하여 수행하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 7에 나타내었다.

시료의 LC50 및 중독 증상

	LC50 (㎎/ℓ)		중독증상	체중(g)	전장(cm)
	48hr	96hr
실시예 1	>98	>97	없음	0.19±0.03	2.68±0.15
실시예 2	>99	>98	없음
실시예 3	>94	>92	없음
실시예 4	>90	>89	없음
비교예 1	>73	>69	있음
비교예 2	>75	>70	있음

상기 표 7을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1, 2의 세척용수는 중독증상이 없으며 수질에 거의 영향을 주지 않는데 비하여, 실시예 3, 4 는 중독증상은 없으나 수질에 약간 영향을 줄 수도 있으며, 비교예 1, 2는 중독증상이 있어 수질에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.

참고로 OECD test guideline 203에 따르면 LC50(48시간)이 100㎎/ℓ이상일 경우 그 이상이 시험은 진행하지 않고 시험을 종료하는 것으로 정해져 있다.

이것은 일반화학물질이 환경에 노출될 경우 그 농도가 100㎎/ℓ이 될 가능성이 매우 희박하여 LC50이 그 이상일 경우 수서 환경 중 어류에 대한 영향이 거의 없을 것임을 의미한다.

Claims (4)

1. 염화마그네슘 25~35중량부, 글리세린 4~10중량부, 구연산나트륨 또는 구연산칼륨1~4중량부, 암모늄 플로오로알킬설폰이미드 0.1~1중량부, 물 50~60중량부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 동절기 친환경 도로시설물 세척용수.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 세척용수는 어는점이 -45℃ 내지 -55℃ 범위를 가지는 것을 특징으로 하는 동절기 친환경 도로시설물 세척용수.