KR101048436B1 - 개질 벤토나이트의 제조방법 및 개질 벤토나이트 - Google Patents

개질 벤토나이트의 제조방법 및 개질 벤토나이트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개질 벤토나이트의 제조방법 및 그 개질 벤토나이트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벤토나이트에 유기 팽윤 유도물질을 첨가하여 염수에서 자율 팽윤성을 향상시키는 개질 벤토나이트의 제조방법 및 그 제조물에 관한 것이다
본 발명에서는 (a) 용매에 벤토나이트와 유기 팽윤 유도물질을 혼합기에 순차적으로 투입하고, 가열 및 교반하여 혼합하는 단계; (b) 상기 혼합된 혼합물을 세정한 다음 여과하는 단계; (c) 상기 여과된 여과물을 건조기에서 건조한 다음 분쇄하는 단계;로 이루어지는 개질 벤토나이트 제조방법이 개시된다.
또한, 본 발명에서는 용매 100중량부에 대하여 벤토나이트 10 ~ 30중량부, 유기 팽윤 유도물질 1 ~ 3중량부를 혼합기에 넣고 가열 및 교반하여 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 세정하여 여과한 여과물을 건조기에서 건조한 다음, 분쇄하여 된 것을 특징으로 하는 개질 벤토나이트가 개시된다.

Description

개질 벤토나이트의 제조방법 및 개질 벤토나이트{Method for manufacturing modified-bentonite and modified-bentonite}
본 발명은 개질 벤토나이트의 제조방법 및 그 개질 벤토나이트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벤토나이트에 유기 팽윤 유도물질을 첨가하여 염수에서 자율 팽윤성을 향상시키는 개질 벤토나이트의 제조방법 및 그 제조물에 관한 것이다.
벤토나이트는 점토광물 중 하나로 우수한 흡수 능력에 의해 체적의 15배까지의 팽창 성질을 보여 농업, 요업, 건축, 토목 등 그 적용 범위가 매우 다양하다.
특히 건축, 토목 분야에서 차수재로서의 쓰임이 활발한데, 현재 벤토나이트가 적용되는 구조물의 지하수질환경은 자연수(담수), 염수, 오폐수 등으로 다양하며, 벤토나이트의 차수성능은 이러한 수질환경에 크게 영향을 받게 된다. 특히, 해안지역에 건설되는 구조물의 경우 지하수에 염화물이 다량 함유되어있기 때문에 차수재 적용 시 벤토나이트와 염수와의 반응은 중요한 요인이 된다.
벤토나이트는 담수에서는 우수한 팽윤 특성을 보이나, 염수에서는 다가이온이 벤토나이트의 이온교환반응에 의한 층간의 수분 침입을 방해하여 자체의 팽윤성을 상실하고 응집하게 된다. 최근 지하구조물과 댐, 원자력 발전, 토목 구조물 등에서 차수재로서의 벤토나이트의 역할이 커지고 있으나, 염수에서의 팽윤성 상실로 인해 벤토나이트이 사용이 제한되고 있다.
따라서, 본 발명은 벤토나이트에 유기 팽윤 유도물질을 첨가하여 해수에서의 팽윤성을 향상시킨 개질 벤토나이트 제조 방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명은 염수에서 자유 팽윤도를 향상시킨 개질 벤토나이트를 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기 과제를 해결한 본 발명의 개질 벤토나이트의 제조방법은 (a) 증류수 100중량부에 대하여 벤토나이트 10 ~ 30중량부, 프로필렌 카보네이트 1 ~ 3중량부를 포함하도록 혼합기에 순차적으로 투입하고, 60℃에서 24시간 동안 가열 및 교반하여 혼합하는 단계;
(b) 상기 혼합된 혼합물을 세정한 다음 여과하는 단계;
(c) 상기 여과된 여과물을 건조기에서 온도 80 ~ 100℃에서 24시간 이상 건조하고, 평균입도 160 ~ 200메쉬가 되도록 분쇄하는 단계;
로 이루어진다.
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또한, 본 발명에서는 증류수 100중량부에 대하여 벤토나이트 10 ~ 30중량부, 프로필렌 카보네이트 1 ~ 3중량부를 포함하도록 혼합기에 순차적으로 투입하고, 60℃에서 24시간 동안 가열 및 교반하여 혼합하고, 상기 혼합물을 세정한 다음 여과하여 얻어진 여과물을 건조기에서 온도 80 ~ 100℃에서 24시간 이상 건조하여 분쇄된 것으로, 평균입도 160 ~ 200메쉬인 것을 특징으로 하는 개질 벤토나이트가 제공된다.
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본 발명에서 개시되는 개질 벤토나이트의 제조방법 및 개질 벤토나이트는 벤토나이트에 유기 팽윤 유도물질을 혼합하여 벤토나이트를 개질시킴으로써 염수에서 다가이온이 벤토나이트의 이온교환반응에 의한 층간의 수분 침입을 방해하는 것을 해결하여 염수에서 벤토나이트 자체의 팽윤성을 향상시키는 효과를 가진다.
또한, 본 발명에 따른 개질 벤토나이트는 지하구조물과 댐, 원자력 발전, 토목구조물에서의 차수재로서 뿐만 아니라, 염수에서 팽윤성을 가지게 됨으로써 해수에서도 토목섬유점토차수재로서 사용이 가능하게 되는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 개질 벤토나이트의 제조방법을 도시한 블록도이다.
도 2 내지 4는 본 발명의 일실시예에 따른 개질 벤토나이트와 비개질 벤토나이트의 염수농도에 따른 팽윤도 비교 사진.
도 5 및 6은 본 발명의 개질 벤토나이트와 비개질 벤토나이트의 팽윤도 비교 그래프.
도 7은 반응물에 따른 벤토나이트와 개질 벤토나이트의 자유팽윤도 평가 그래프.
도 8은 프로필렌 카보네이트 첨가 시 첨가량에 따른 여러 반응물에서의 자유팽윤도를 측정한 결과를 도시한 그래프.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따르는 개질 벤토나이트의 제조방법은 (a) 용매에 벤토나이트와 유기 팽윤 유도물질을 혼합기에 순차적으로 투입하고, 가열 및 교반하여 혼합하는 단계;와 (b) 상기 혼합된 혼합물을 세정한 다음 여과하는 단계;와 (c) 상기 여과된 여과물을 건조기에서 건조한 다음 분쇄하는 단계로 이루어진다.
여기서, 상기 (a) 단계는 가열온도 30℃ ~ 120℃의 범위 내로 가열하고, 12 ~ 24시간 교반하는 것이 바람직하다. 만일 상기 가열온도가 최저, 최대온도를 벗어날 경우 벤토나이트가 슬러리(slurry) 상태로 남아있거나 벤토나이트 응집에 의해 괴상으로 변화되는 문제점이 있다.
본 발명에 의하면, 상기 (a)단계의 혼합물은 용매 100중량부에 대하여 벤토나이트 10 ~ 30중량부, 유기 팽윤 유도물질 1 ~ 3중량부를 포함한다.
여기서, 상기 용매는 물을 사용하며, 바람직하게는 정제수를 사용하는 것이고, 보다 바람직하게는 증류수를 사용하는 것이 더욱 좋다.
본 발명에 따르면, 상기 (b)단계에서 세정은 물을 사용하여 세정하며, 바람직하게는 정제수를 사용하는 것이고, 보다 바람직하게는 증류수를 사용하여 상온에서 실시하며, 상기 세정 후 상기 여과는 상온에서 벤토나이트 입자가 여과될 수 있는 여과지를 사용하여 여과한다.
상기 여과시 사용되는 여과수단은 특별히 한정되는 것은 아니며, 제조공정, 조건 등 상황에 따라 여과수단을 적의 선택하여 사용할 수 있는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 (c)단계에서 여과물의 건조는 건조기의 온도 80 ~ 100℃에서 24시간 이상 건조하고, 평균입도 160 ~ 200메쉬가 되도록 분쇄하는 것이 바람직하다.
상기 건조시간은 바람직하게는 24시간 이상 48시간 이내로 건조하는 것이 좋다. 만일, 건조시간이 24시간 이내이면 건조가 덜 되어 액상 부분이 남아있게 되고 48시간 이상이면 딱딱하게 고화되어 별도의 분쇄기를 사용해야만 하는 불편함이 있다.
또한, 상기 건조온도가 80℃ 미만이면 건조가 덜 되어 액상 부분이 남아있게 되고 100℃이상이면 과잉건조되어 딱딱해지는 단점이 있다.
본 발명에 의하면, 상기 유기 팽윤 유도물질은 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate), 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran), 디메틸 설폭사이드(Dimethyl sulfoxide), 프로필렌 옥사이드(Propylene oxide), 씨클로펜타논(Cyclopentanone), 디옥솔란(Dioxolane)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용한다.
한편, 본 발명에 따르면, 이상에서 개시된 제조방법에 따라 제조된 개질 벤토나이트가 제공된다.
상기 개질 벤토나이트는 용매 100중량부에 대하여 벤토나이트 10 ~ 30중량부, 유기 팽윤 유도물질 1 ~ 3중량부를 혼합기에 넣고 가열 및 교반하여 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 세정하여 여과한 여과물을 건조기에서 건조하여 분쇄하여 된 것이다.
여기서, 상기 유기 팽윤 유도물질은 프로필렌 카보네이트(Propylene carbonate), 테트라하이드로푸란(Tetrahydrofuran), 디메틸 설폭사이드(Dimethyl sulfoxide), 프로필렌 옥사이드(Propylene oxide), 씨클로펜타논(Cyclopentanone), 디옥솔란(Dioxolane)으로 이루어진 군에서 선택된 1 종 또는 2종 이상의 혼합물이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다. 단, 하기의 실시예로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용된 벤토나이트는 나트륨-벤토나이트(Na-bentonite)이며, 상기 벤토나이트는 하기 표 1과 같은 조성을 지닌다.
Typical Chemical Analysis Component Ratio (%)
SiO2 61.59
Al2O3 20.43
Fe2O3 2.78
Na2O 3.05
TiO2 0.22
CaO 0.66
MgO 2.03
K2O 0.31
The others 1.05
H2O 5.5
L.O.I 2.38
[실시예 1]
증류수 300㎖에 벤토나이트 50g, 프로필렌 카보네이트 5g을 투입하고, 가열온도 60℃에서 24시간동안 가열ㆍ교반하여 혼합하고, 상기 혼합된 혼합물을 증류수로 세정한 다음, 여과기로 여과하여 여과물을 얻고, 상기 여과물을 80℃의 온도 조건에서 48시간 건조하여 평균입도 200메쉬로 분쇄하여 개질 벤토나이트 분말을 제조하였다.
상기 개질 벤토나이트와 Na-벤토나이트를 2%, 5%, 10% 100㎖의 각각의 염수에 각각의 벤토나이트 2g을 넣고, 24시간 동안 방치한 후, 각각의 팽윤도를 비교하였으며, 그 결과는 하기 표 2와 첨부도면 도 2 내지 6에 도시한 바와 같다.
한편, 상기 개질 벤토나이트와 비개질 벤토나이트를 증류수, 3% NaCl, 메틸알콜(Methyl alcohol), 아세틱 엑시드(Acetic acid), 아닐린(Aniline)에서 각각의 자유팽윤도를 비교 평가하였으며, 그 평가 방법은 하기와 같고, 그 결과는 도 7에 도시하였다.
<개질 벤토나이트의 자유팽윤도 평가 방법>
팽윤성 평가는 ASTM D에 의거하여 눈금이 새겨진 100㎖의 메스실린더에 증류수를 90㎖까지 채운 후 시료 2g을 0.1g씩 2시간에 걸쳐 시약숟가락으로 뿌려준다.
이때 실린더의 표면에 묻지 않게 증류수로 실린더 벽면을 뿌려가며 시료를 넣고 반응물이 총 100㎖가 되도록 한다. 마지막 입자가 가라않은 후 최소 16시간이 경과되면 부피를 0.5㎖ 단위로 측정한다.
1) Na-벤토나이트를 증류수와 3% NaCl, Acetic acid, methyl alchol, aniline에 수화시킨 후 자유팽윤도를 비교 평가하였다.
2) 프로필렌 카보네이트로 개질한 벤토나이트를 증류수와 3% NaCl, Acetic acid, methyl alchol, aniline에 수화시킨 후 팽윤성을 비교 평가하였다. 특히 증류수와 3% NaCl에서의 자유팽윤도를 비교 평가하였다.
구 분 벤토나이트 개질 벤토나이트
2% 염수 8㎖ 13㎖
5% 염수 6㎖ 6㎖
10% 염수 4.5㎖ 5㎖
[실시예 2 내지 4]
프로필렌 카보네이트를 2g, 5g, 8g을 첨가한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 개질 벤토나이트를 제조하였고, 각각의 프로필렌 카보네이트의 첨가량에 따른 개질벤토나이트의 자유팽윤도를 평가하였다. 그 결과는 도 8에 도시된 바와 같다.
상기 표 2, 도 7 및 8의 결과로 볼 때, 도 7은 Na-벤토나이트와 본 발명의 개질벤토나이트의 여러 반응물에서의 자유팽윤도를 측정한 결과, Na-벤토나이트는 증류수에서 상당한 팽윤도를 보이나, 3% NaCl, 틸알콜(Methyl alcohol), 아세틱 엑시드(Acetic acid), 아닐린(Aniline)등의 반응물에서는 팽윤도가 현저히 떨어짐을 알 수 있었다.
반면, 본 발명에 따라 프로필렌 카보네이트로 개질된 벤토나이트는 증류수 뿐만 아니라 3% NaCl, 아세틱 엑시드에서도 자유팽윤도가 증가함을 알 수 있었다. 특히 3% NaCl용액에서 Na-벤토나이트에 비해 자유팽윤도가 현저히 증가하였다.
이상의 결과로 벤토나이트는 적용되는 수질환경에 따라 자유팽윤도가 큰 차이를 보임을 확인할 수 있었다. 특히 해수와 유사한 조건인 3% NaCl용액에서는 자유팽윤도가 증류수에 비해 40~70%까지 감소함을 보였다.
또한, 특정한 조건하에 Propylene carbonate를 첨가한 경우 개질된 벤토나이트는 염수에서의 자유팽윤도가 200%이상 증가하였다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발며에 따라 제조된 개질벤토나이트는 유기 팽윤 유도물질로 개질 후, 특성이 크게 변화한다는 것을 알 수 있었고, 그 변화로 염수에서 개질벤토나이트가 향상된 팽윤성을 가지는 것을 알 수 있었다.

Claims (10)

  1. (a) 증류수 100중량부에 대하여 벤토나이트 10 ~ 30중량부, 프로필렌 카보네이트 1 ~ 3중량부를 포함하도록 혼합기에 순차적으로 투입하고, 60℃에서 24시간 동안 가열 및 교반하여 혼합하는 단계;
    (b) 상기 혼합된 혼합물을 세정한 다음 여과하는 단계;
    (c) 상기 여과된 여과물을 건조기에서 온도 80 ~ 100℃에서 24시간 이상 건조하고, 평균입도 160 ~ 200메쉬가 되도록 분쇄하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질 벤토나이트 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 증류수 100중량부에 대하여 벤토나이트 10 ~ 30중량부, 프로필렌 카보네이트 1 ~ 3중량부를 포함하도록 혼합기에 순차적으로 투입하고, 60℃에서 24시간 동안 가열 및 교반하여 혼합하고, 상기 혼합물을 세정한 다음 여과하여 얻어진 여과물을 건조기에서 온도 80 ~ 100℃에서 24시간 이상 건조하여 분쇄된 것으로, 평균입도 160 ~ 200메쉬인 것을 특징으로 하는 개질 벤토나이트.
  7. 삭제
  8. 삭제
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