KR101063741B1 - 파울링 억제기능을 가지는 인조돌 - Google Patents

파울링 억제기능을 가지는 인조돌 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래에 전혀 소개되지 않았던 새로운 개념의 기능성 돌로서, 보다 구체적으로는 산성 또는 알칼리성 물질을 지속적으로 방출하여 수용액의 배관 내부 등에 발생하는 스케일과 부식에 의한 파울링을 방지할 수 있는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌에 관한 것으로서, 무기질 분말과 산성 수용액 또는 알칼리 수용액을 혼합한 혼합물을 반죽한 후 성형 및 경화시켜 제조된 것을 특징으로 한다.

Description

파울링 억제기능을 가지는 인조돌{Artifical stone for preventing fouling}
본 발명은 종래에 전혀 소개되지 않았던 새로운 개념의 기능성 돌로서, 보다 구체적으로는 산성 또는 알칼리성 물질을 지속적으로 방출하여 수용액의 배관 내부 등에 발생하는 스케일과 부식에 의한 파울링을 방지할 수 있는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌에 관한 것이다.
일반적으로 돌의 제조, 즉 인조석에 있어서 플라스틱을 재료로 하여 돌과 같은 효과를 내도록 한 것도 인조석이라고 하고 석분, 토르말린, 실리카 흄, 맥반석, 질석, 퍼라이트, 고령토,(카오린, 도토), 털크(활석), 규조토, 황토, 석탄재, 벤토나이트 같은 무기질을 실리카 금속염 또는 시멘트 같은 무기질 바인더로서 반죽을 하여 경화시킨 것들을 말하고 있다.
여기서 인조석의 기능을 고찰해 보면, 첫째, 자연석을 대신하는 경우, 둘째, 제올라이트와 같은 촉매제의 기능, 셋째, 화분 또는 농업에 사용되는 수분 조절 기능, 넷째, 물, 공기의 정화 기능 등이 있으며, 이외에도 많은 기능들이 있을 것이다.
그러나 이들 인조석의 기능에 있어서 결합바인더가 용출되어 나오는 기능은 없다. 왜냐하면 종래에 결합바인더가 용출되어 나오면 불량품으로 간주되어 폐기했기 때문이다.
본 발명에서는 결합바인더가 지속적으로 용출되는 기능이 파울링이라는 특정한 용도에 적용되는 경우를 소개하고자 한다.
일반인에게 있어서 파울링이란 보일러의 순환 배관에서 발생하는 스케일과 부식의 정도로 생각되지만 실제로는 광범위한 산업분야에 걸쳐서 일어나고 있으며, 파울링은 없어도 되고 있으면 더 좋은 그렇고 그런 분야로 여겨질 수도 있지만 전문 당사자에게는 매우 심각한 문제이다.
특히 인공기관 내부에서 일어나는 파울링은 인간의 생명과 연결되는 매우 심각한 결과를 초래하여서 이 분야를 바이오 파울링이라고 별도로 명명하기도 한다. 이 바이오 파울링은 우유 등과 같은 식품생산라인의 배관, 해수의 담수화 플랜트 및 원자력발전소의 냉각수 공급관, 또는 선박의 저면 등에서 발생하는 것들을 예로 들 수 있다.[1∼3]
중공사막과 삼투막 같이 수처리에 이용되는 것들이 오염물질에 의해 쉽게 오염되지 않도록 하여 그 투과성능을 오랫동안 유지할 수 있도록 하는 파울링 방지도 열거할 수 있다.[4∼6]
부식성이 강한 화합물을 취급하는 산업배관에서의 파울링 방지하기 위한 기술도 제안되고 있다.[7]
그리고 용액상태의 배관뿐만이 아니고 가스 상태의 배관에 관한 것도 파울링으로 취급하고 있으며 예로서 석탄 연소 보일러에서의 그으름 제거를 말한다. [8]
석유화학 플랜트에 있어서 열교환기의 파울링 등을 예로 들수 있다.[9∼11]
이렇듯 수많은 산업분야와 우리의 일상생활에서 접할 수 있는 파울링에 관한 것들은 마치 감기를 안고 살아가는 우리의 일상생활 같은 현상 일 수도 있다. 그리고 감기에 대한 약과 처방방법이 무수히 많은 것과 같이 파울링에 관한 연구도 무수히 많이 되고 있지만 이론적인 규명을 위시한 뚜렷한 성과는 없는 실정이다.
[문헌1] KR 10-0694661 B1 2007.03.14. [문헌2] KR 10-2003-0026978 A 2003.04.03 [문헌3] KR 10-1993-7000698 A 1993.03.15 [문헌4] KR 10-2003-0005931 A 2003.01.23. [문헌5] KR 10-2010-0094643 A 2010.08.27 [문헌6] KR 10-2009-0052145 A 2003.05.25 [문헌7] KR 10-2004-0039402 A 2004.05.10 [문헌8] KR 10-2005-0007971 A 2005.01.21 [문헌9] KR 10-2006-0040605 A 2006.05.10 [문헌10] KR 10-2008-0089418 A 2008.10.06 [문헌11] KR 10-2001-0103724 A 2001.11.23
이 분야에 있어서 종래에는 스케일과 부식을 일괄적으로 하나의 이론과 방법으로 설명하고 해결하려고 하였다. 그러나 본 발명에 있어서는 스케일과 부식을 산-알칼리 이론으로 해석하면 스케일과 부식을 동시에 해결할 수 없다는 것을 알았기 때문에 스케일과 부식을 분리하여 해결하도록 하였다.
즉, 본 발명은 스케일과 부식을 분리하여 어느 경우에든지 될 수 있는 상품을 만들고자 하는 것이다.
우리가 사용하는 일반적인 물에서 발생하는 스케일은 90% 이상이 탄산칼슘이고 이 탄산칼슘은 산성에서는 생성되지 않는다. 그러나 부식은 산에서 보다 잘 생성이 되고 알칼리에서는 잘 생성되지 않는다. 비록 강알칼리에서는 부식이 일어나지만 약알칼리에서는 부식이 잘 일어나지 않는다. 결국, 스케일과 부식은 산-알칼리의 이론적 면에서는 공존하지 않고 서로 상반되는 조건에서 존재한다는 것을 알 수 있다.
본 발명은 산-알칼리 이론을 바탕으로 하여, 산을 지속적으로 방출하는 인조돌을 이용하여 스케일을 방지하도록 하고, 그리고 알칼리를 지속적으로 방출하는 인조돌을 이용하여 부식을 방지하도록 하는 새로운 개념의 파울링을 억제할 수 있는 인조돌을 소개하고자 한다.
즉, 본 발명은 산성 또는 알칼리성 물질을 지속적으로 방출하여 수용액의 배관 내부 등에 발생하는 스케일과 부식에 의한 파울링을 방지할 수 있는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
무기질 분말과 산성 수용액 또는 알칼리 수용액을 혼합한 혼합물을 반죽한 후 성형 및 경화시켜 제조된 것을 특징으로 하는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌을 제공한다.
특히, 상기 혼합물은 상기 무기질 분말 100중량부에 산성수용액 또는 알칼리수용액 10~60중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 상기 혼합물에는 금속산화물이 혼합되는 것이 좋고, 나아가 상기 금속산화물은 상기 무기질 분말 100중량부에 0.5~5.0중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 무기질 분말은 석분, 토르말린, 실리카 흄, 맥반석, 질석, 퍼라이트, 고령토, 털크, 규조토, 황토, 석탄재 및 밴토나이트 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 산성수용액은 인산, 인산염, 붕산 및 붕산염 중 선택된 하나 또는 둘 이상을 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 알칼리수용액은 규산소오다, 실리카 염, 가성소오다, 금속수산화물 중 선택된 하나 또는 둘 이상을 포함하여 이루어질 수 있다.
또한 상기 금속산화물은 TiO2, CdS, WO3, SrTiO3, MoSe2, GaAs, LiOH, Mg(ClO4)2, AlCl3, VCl3, VOSO4·3H2O, VOCl3, Cr(NO3)3, MnF3, Fe(NO3)3·9H2O, CoF3, NiCl2, Zn(Clo4)2, ZnO, Ga(NO3)3, Zr[OCH(CH3)2]4, NbCl5, MoCl3, RuCl3, Rh(NO3)3·2H20, SnCl4, SbCl3, SbCl5, TaCl5, ReCl5, OsCl3 중 에서 선택된 하나 또는 둘이상으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 파울링 억제기능을 가지는 인조돌은 산성 또는 알칼리성 물질을 지속적으로 방출하여 수용액의 배관 내부 등에 발생하는 스케일과 부식에 의한 파울링을 방지하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 파울링 억제기능을 가지는 인조돌에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 파울링 억제기능을 가지는 인조돌은 무기질 분말과 산성 수용액 또는 알칼리 수용액을 혼합한 혼합물을 반죽한 후 성형 및 경화시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합물은 무기질 분말 100중량부에 산성수용액 또는 알칼리수용액 10~60중량부를 혼합하여 이루어지는 것이 좋다. 산성수용액 또는 알칼리수용액이 10중량부 미만으로 혼합되는 경우 성형성이 좋지 못하고 산성 또는 알칼리성 물질의 방출효과가 좋지 못하고, 60중량부 초과로 혼합되는 경우 반죽이 과다하게 물러 성형성이 좋지 못하다.
상기 무기질 분말로는 석분, 토르말린, 실리카흄, 맥반석, 질석, 퍼라이트, 고령토(카오린, 도토), 규조토, 털크(활석), 석탄재, 벤토나이트 등이 선택된 하나 또는 둘 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
산성수용액으로는 인산, 인산염, 붕산, 붕산염 중 선택된 하나 또는 둘 이상이 포함되어 이루어지는 것이 좋고, 또한 알칼리수용액은 규산소오다, 실리카 염, 가성소오다, 금속 수산화물 중 선택된 하나 또는 둘 이상으로 포함되는 이루어지는 것이 좋다.
그리고 상기 혼합물에는 파울링 방지효과를 향상시키기 위하여 상기 혼합물에 금속화합물을 혼합하는 것이 좋고, 나아가 강기 무기질 분말 100중량부에 0.1~5.0중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 금속화합물을 혼합하여 사용하면 금속이온이 도펀트로 작용하여 파울링 방지효과를 증폭시킬 수 있다.
금속화합물로는 TiO2, CdS, WO3, SrTiO3, MoSe2, GaAs, LiOH, Mg(ClO4)2, AlCl3, VCl3, VOSO4·3H2O, VOCl3, Cr(NO3)3, MnF3, Fe(NO3)3·9H2O, CoF3, NiCl2, Zn(Clo4)2, ZnO, Ga(NO3)3, Zr[OCH(CH3)2]4, NbCl5, MoCl3, RuCl3, Rh(NO3)3·2H20, SnCl4, SbCl3, SbCl5, TaCl5, ReCl5, OsCl3 중 에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 혼합물을 교반기를 이용하여 균일하게 혼합한 후 일정한 형상으로 성형한다. 성형된 성형물을 99℃∼1500℃의 범위 내에서 경화시킨다. 1500℃ 초과인 경우 결합재의 미반응물이 적어지나 제조비용이 많이 소요되고, 99℃ 미만의 경우 경화시간이 많이 소요되어 생산성이 저하되고 산성 또는 알칼리성 물질의 용출속도가 빠른 문제가 있다.
이와 같은 본 발명의 파울링 억제기능을 가지는 인조돌에서 용출되어 나오는 산성 또는 알칼리 물질은 결합재의 미반응물에 의한 것과 결합물의 이온교환에 의해 용출량이 결정되는데 반응물의 미반응물이 용출되어 나오는 것보다는 이온교환에 의해 용출되어 나오는 것이 보다 바람직하다.
미반응물에 의한 용출은 초기에 많은 량의 산성 또는 알칼리 물질이 방출되고 지속적으로 일정량을 방출하지 못하는데 반하여 이온교환에 의한 산성 또는 알칼리 물질의 방출은 일정량을 지속적으로 방출하게 되어 상품화하는데 유리한 이점이 있다.
이하 본 발명을 실시예를 들어 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같고, 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
플라이 애쉬 100g, 3N-인산 40ml, TiO2 1.0g을 잘 혼합 반죽하여 10cm x 10cm x 10cm 사각 스텐레스 금형 통에 넣고 99℃에서 1시간 가열하고 그리고 800℃에서 6시간 가열하고 난 뒤 꺼내어 냉각시켜 산성물질을 방출시키는 인조돌을 제조하였다. 여기서 금형통은 내용물이 잘 분리될 수 있도록 조립 상태로 만들었고, 그리고 수증기가 빠져나올 수 있도록 숨구멍을 만들어 놓았다.
제조된 인조돌을 사용하기 좋도록 잘게 부수어서 증류수에 하루 방치한 뒤에 용출된 산가를 측정하였더니 120ppm에 해당하는 NaOH에서 중화점을 찾았다. 이러한 방법으로 이후 한 달간 80ppm에 해당하는 NaOH의 중화점을 찾았다.
[실시예 2]
플라이 애쉬 80g, 벤토나이트 20g, 3N-인산 40ml, TiO2 1.0gr을 잘 혼합 반죽하여 10cm x 10cm x 10cm 사각 스텐레스 금형 통에 넣고 99℃에서 1시간 가열하고 그리고 800℃에서 6시간 가열하고 난 뒤 꺼내어 냉각시켜 산성물질을 방출시키는 인조돌을 제조하였다. 여기서 금형통은 내용물이 잘 분리될 수 있도록 조립 상태로 만들었고, 그리고 수증기가 빠져나올 수 있도록 숨구멍을 만들어 놓았다.
제조된 인조돌을 사용하기 좋도록 잘게 부수어서 증류수에 하루 방치한 뒤에 용출된 산가를 측정하였더니 85ppm에 해당하는 NaOH에서 중화점을 찾았다. 이러한 방법으로 이후 한 달간 73ppm에 해당하는 NaOH의 중화점을 찾았다.
[실시예 3]
플라이 애쉬 100g, 3N-NaOH 40ml, 나노TiO2 1.0g을 잘 혼합 반죽하여 10cm x 10cm x 10cm 사각 스텐레스 금형 통에 넣고 99℃에서 1시간 가열하고 그리고 800℃에서 6시간 가열하고 난 뒤 꺼내어 냉각시켜 알칼리물질을 방출시키는 인조돌을 제조하였다. 여기서 금형통은 내용물이 잘 분리될 수 있도록 조립 상태로 만들었고, 그리고 수증기가 빠져나올 수 있도록 숨구멍을 만들어 놓았다.
제조된 인조돌을 사용하기 좋도록 잘게 부수어서 증류수에 하루 방치한 뒤에 용출된 산가를 측정하였더니 380ppm에 해당하는 HCl에서 중화점을 찾았다. 이러한 방법으로 이후 한 달간 350ppm에 해당하는 NaOH의 중화점을 찾았다.
[실시예 4]
플라이 애쉬 80g, 벤토나이트 20g, 3N-NaOH 40ml, 나노TiO2 1.0g을 잘 혼합 반죽하여 10cm x 10cm x 10cm 사각 스텐레스 금형 통에 넣고 99℃에서 1시간 가열하고 그리고 800℃에서 6시간 가열하고 난 뒤 꺼내어 냉각시켜 알칼리물질을 방출시키는 인조돌을 제조하였다. 여기서 금형통은 내용물이 잘 분리될 수 있도록 조립 상태로 만들었고, 그리고 수증기가 빠져나올 수 있도록 숨구멍을 만들어 놓았다.
제조된 인조돌을 사용하기 좋도록 잘게 부수어서 증류수에 하루 방치한 뒤에 용출된 산가를 측정하였더니 250ppm에 해당하는 HCl에서 중화점을 찾았다. 이러한 방법으로 이후 한 달간 210ppm에 해당하는 HCl의 중화점을 찾았다.

Claims (8)

  1. 무기질 분말과 산성 수용액을 혼합한 혼합물을 반죽한 후 성형 및 경화시켜 제조되어 이루어지고,
    상기 산성수용액은 인산, 인산염, 붕산 및 붕산염 중 선택된 하나 또는 둘이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물은 상기 무기질 분말 100중량부에 산성수용액 10~60중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물에는 금속산화물이 혼합되는 것을 특징으로 하는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속산화물은 상기 무기질 분말 100중량부에 0.5~5.0중량부를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무기질 분말은 석분, 토르말린, 실리카 흄, 맥반석, 질석, 퍼라이트, 고령토, 털크, 규조토, 황토, 석탄재 및 밴토나이트 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 금속산화물은 TiO2, CdS, WO3, SrTiO3, MoSe2, GaAs, LiOH, Mg(ClO4)2, AlCl3, VCl3, VOSO4·3H2O, VOCl3, Cr(NO3)3, MnF3, Fe(NO3)3·9H2O, CoF3, NiCl2, Zn(Clo4)2, ZnO, Ga(NO3)3, Zr[OCH(CH3)2]4, NbCl5, MoCl3, RuCl3, Rh(NO3)3·2H20, SnCl4, SbCl3, SbCl5, TaCl5, ReCl5, OsCl3 중 에서 선택된 하나 또는 둘이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파울링 억제기능을 가지는 인조돌.
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