KR101136071B1

KR101136071B1 - 비산 방지용 표면경화제 조성물

Info

Publication number: KR101136071B1
Application number: KR1020100121434A
Authority: KR
Inventors: 김병만
Original assignee: 주식회사 하이릭
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-04-18

Abstract

본 발명은 비산 방지용 표면경화제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철소나 광산, 연탄공장, 시멘트공장 등의 야적장에 적재된 분말 원료, 분진 등이나 비포장 도로, 건설현장, 운동장 등에 쌓인 각종 입자상 물질이 비나 바람에 의해 비산되지 못하도록 하기 위한 비산 방지용 표면경화제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물은 무기암모늄염을 규산칼륨 또는 규산나트륨과 혼합한 다음에 지방산암모늄염을 첨가하여 제조되어지되, 상기 지방산암모늄염은 탄소수가 12개 내지 18개이고 카르복시기(-COOH)를 포함하고 있는 포화 또는 불포화지방산의 유기지방산에 암모니아수를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

비산 방지용 표면경화제 조성물{SOIL SURFACE HARDENING COMPOSITE FOR PREVENTING DUST-FLY}

본 발명은 비산 방지용 표면경화제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제철소나 광산, 연탄공장, 시멘트공장 등의 야적장에 적재된 분말 원료, 분진 등이나 비포장 도로, 건설현장, 운동장 등에 쌓인 각종 입자상 물질이 비나 바람에 의해 비산되지 못하도록 하기 위한 비산 방지용 표면경화제 조성물에 관한 것이다.

제철소나 광산, 연탄공장, 시멘트공장 등의 야적장이나 비포장 도로, 건설현장, 운동장 등에 쌓인 각종 입자상 물질은 바람에 의해 분진이 발생, 비산되어 외부 환경을 오염시켜 심각한 민원 대상이 되고 있을 뿐만 아니라, 우천시에는 비에 씻겨 내려가 수질오염을 야기하기도 한다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 종전에는 방진포를 설치하거나, 일정한 높이의 방진벽을 설치하고, 살수를 하는 방법 등이 행해지고 있으나, 종전의 이러한 방법은 비용이 많이 들고, 완벽한 비산 방지가 어려우며, 작업 및 관리가 어려운 등의 문제점을 가지고 있었다.

특히, 석탄, 코크스 같은 원료는 야적장에서 혹서기에 태양열에 의해 온도가 증가하게 되어 자연 발화로 인한 화재의 우려가 있기도 하였다. 또한, 석탄의 이송, 야적시에 발생하는 탄가루의 비산 방지대책은 석탄수요의 확대와 그에 반한 공해 방지대책의 견지에서 더욱더 그 중요성이 증대되고 있었다.

우리나라의 경우 특히 형산강과 해안가 실외 야적장에서 석탄의 비산은 강풍에 의한 탄가루 비산과 태풍 등의 강우에 의한 원료탄의 유실이 주요한 인자로서 이로 인한 작업현장과 주변 주거지와 형산강 등의 대기 및 수질 환경오염을 미연에 방지하기 위하여 살수방법을 주로 한 각종 방법이 이뤄지고 있었다. 그러나 살수에 의한 방법만으로는 수분의 증발이 빠르고, 점착성이 없기 때문에 강한 일사와 강풍 하에서는 탄가루의 비산을 방지할 수 없는 경우가 많고, 석탄의 수분 함량을 상승시키는 결점이 있었다. 수분은 제철소의 코크스공정에서 에너지 사용을 증가시키므로 석탄수분 함유량 절감과 품질 안정이 비산 방지 방법에서 함께 고려되어야 하였다. 그러나 석탄은 실외에 야적하기 때문에 비가 올 때마다 수분 함량이 올라가고, 또한, 장마, 태풍기의 강우에는 대량의 석탄이 유실되어 그 영향이 수개월까지 미치게 되는 문제점이 있었다.

이러한 가운데 10여 년 전부터 국내에서 제조 판매되는 표면경화제는 1999년도에 캐나다의 Midwest Industrial Supply Inc.사에서 수입된 Soil-Cement(상품명)를 국내에서 개발하여 국산화한 제품으로서 대부분이 Methyl Methacrylate와 Vinyl Acetate Monomer를 주성분으로 하여 Emulsion Copolymerization(유화공중합)의 방법으로 합성된 Emulsion Copolymer를 사용하고 있다.

그러나 이러한 합성수지는 제조 단가가 높아 공사 현장이나 반드시 필요한 작업 현장에서 그 사용을 꺼리고 있는 실정이며, 주원료인 Methyl Methacrylate와 Vinyl Acetate Monomer가 인화성 유기 용제형 제품으로서 환율과 원료 파동에 따라 가격 변동이 심하고, 제품이 환경적으로 큰 문제는 없으나, 합성수지라는 점에서 2차 오염의 문제점이 있다.

한국 특허출원공개 특1999-0079852호에서는 스티렌과 부타디엔을 주성분으로 하는 액상고무계열의 표면경화제가 있으나 분진의 결합력이 약하고, 여름과 같은 고열과 지나친 건조의 경우에는 노화가 빨리 진행되고, 표면의 균열 현상이 발생하는 문제가 있으며, 한국 특허출원공개 특1999-0020123호 및 한국 특허출원공개 특1997-0070157호, 한국 특허출원공개 특2003-0021361호에서는 시멘트, 석회석, 염화마그네슘 등의 무기재료를 사용하고 있는데, 이들 무기재의 경우 분진의 비산 방지 효과는 좋으나 야적층 표면의 결합력이 떨어지고, 균열이 발생하며, 침수 또는 야적층이 붕괴 되는 등의 단점이 있다.

또한, 초산비닐과 아크릴, 스타이렌 등의 모노머를 함께 공중합의 방법으로 제조하지 않고, 각각의 호모폴리머를 혼합하여 제조하는 경우가 있는데, 이러한 경우에는 중합체 폴리머의 평균분자량과 분자밀도가 낮아, 토양표면 도포 시에 접착력과 표면경도, 내수성 등의 물성을 위하여 높은 농도로 도포액을 만들어야 하며, 따라서 많은 양의 중합체가 소요되며, 가격이 상승하고, 수질과 토양 환경에 유해한 영향과 오염에 문제가 발생할 수 있으며, 분말 원료(시멘트, 석탄류, 철광석 등)를 많이 사용하는 제철소, 광산, 연탄공장, 시멘트공장 등에서는 분말원료의 물성과 효능에 문제를 야기할 수도 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탄소수가 12개 내지 18개이고, 카르복시기(-COOH)를 포함하고 있는 포화 및 불포화지방산의 유기지방산을 그 주원료로 하며, 그 중에서 특히, 탄소수가 17개(카르복시기의 탄소 제외)이고 불포화지방산인 올레인산에 암모니아수를 혼합하여 올레인산암모늄염을 제조하고, 여기에 황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄 등의 무기암모늄염을 첨가제로 하되 그 중에서 특히, 황산암모늄을 첨가하고, 접착과 강도를 강하게 하기 위하여 규산나트륨, 규산칼륨 등의 무기규산염을 사용하되, 그 중에서 특히, 규산나트륨을 혼합하여 제조된 친환경의 천연 조성물을 제조하여 분말이나 토양의 종류에 따라 야적장 또는 토지 표층에 일정 두께로 도포하여 표면을 단단하게 경화시킴으로써, 바람에 의해 분진이 비산되거나 우천시 야적층이 씻겨 내려가는 것을 효과적으로 방지하고, 시공이 간편하며, 시공비가 저렴하고, 토질을 안정화시키며, 생물의 성장환경과 자연환경에 유해하지 않은 각종 분진의 비산 방지용 표면경화제 조성물을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물은 무기암모늄염을 규산칼륨 또는 규산나트륨과 혼합한 다음에 지방산암모늄염을 첨가하여 제조되어지되, 상기 지방산암모늄염은 탄소수가 12개 내지 18개이고 카르복시기(-COOH)를 포함하고 있는 포화 또는 불포화지방산의 유기지방산에 암모니아수를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물은 상기 유기지방산이 포화지방산인 팔미트산, 스테아린산, 불포화지방산인 올레인산, 리놀렌산으로 이루어지는 그룹에서 선택되어지는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물은 상기 무기암모늄염은 황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄으로 이루어지는 그룹에서 선택되어지는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물에 의하면, 제철소나 광산, 비포장 도로, 건설현장, 운동장 등의 야적장에 적재된 분말 원료, 분진 등의 각종 입자상 물질의 표면에 단단하고 유연한 코팅층을 형성하여 비산을 방지할 뿐만 아니라, 수질 또는 토양 오염을 발생시키지 않아 친환경적이며, 표면의 균열이 없고, 다양한 입자상 물질의 종류에 관계없이 적용이 가능하며, 석탄이나 코크스 같은 원탄에 대한 발열량에 변화가 없는 등의 효과 외에 다음과 같은 개선점을 제공한다.

1) 제조단가 및 판매단가 절감

종래 합성수지 표면경화제에 비하여 제품의 제조 및 판매단가를 기존보다 30~40%정도 절감된 제품의 개발로 수익성 증대와 시장 확대와 매출 증대를 기대할 수 있다.

2) 천연물을 이용한 친환경적 소재의 개발

합성수지가 아닌 천연 유기지방산과 같은 좀더 친환경적인 천연물을 재료로 선택함으로써 수질과 2차 환경 공해의 유발을 억제할 수 있으며, 신기술 제품으로서 해외 수출에도 크게 기대할 수 있다.

3) 생분해성 소재의 개발

각종 입자상 물질의 표면경화 후, 원료로 사용된 천연물 소재에 의한 자연 생분해성 소재의 개발로 작업상 또는 기후상 제품이 일부 유실된 경우에도 토양에서 또는 수중에서 자연 생분해되어 환경에 피해를 주지 않는다.

4) 제조공정의 단순화

기존의 합성수지 반응조에서 까다로운 조건의 반응조건을 탈피하여 비반응 형태의 제조공정으로 제조공정비의 절감과 생산 공정상의 Monomer(단량체/합성수지원료) 등의 휘발성 유기물에 의한 대기공해와 화재 위험 문제를 해결할 수 있다.

따라서, 본 발명은 제철소나 광산, 연탄공장, 시멘트공장 등의 야적장에 적재된 분말 원료, 분진 등이나 비포장 도로, 건설현장, 운동장 등에 쌓인 각종 입자상 물질이 비나 바람에 의해 비산되지 못하도록 야적장 또는 토지 표층에 일정 두께로 도포되어 표면을 단단하게 경화시킴으로서, 바람에 의해 분진이 비산되거나 우천시 야적층이 씻겨 내려가는 것을 효과적으로 방지하고, 시공이 간편하고, 시공비가 저렴하며, 토질을 안정화시키며, 생물의 성장환경과 자연환경에 유해하지 않는 등의 효과가 우수하다.

이하, 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 상기 무기암모늄염은 암모니아와 산 또는 산성 화합물과 반응시켜 얻는 염으로, NH⁴ ⁺를 함유하는 무기화합물을 말하며, 황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄 중 어느 하나가 될 수 있다.

또한, 상기 규산칼륨은 이산화규소 SiO₂와 산화칼륨 K₂O가 여러 가지 비율로 결합한 화합물의 총칭으로서, 산화칼륨의 일부가 물에 의하여 치환된 화합물도 여기에 포함된다. 보통 규산칼륨이라고 하는 것은 메타규산칼륨 K₂SiO₃이며, 이것은 이산화규소와 수산화칼륨을 융해하여 700～800℃로 유지하면 얻어지는 유리상(狀)의 투명한 고체이다. 녹는점은 976℃이고 조해성이 있으며, 물에는 잘 녹지만 알코올에는 녹지 않는다.

또한, 상기 규산나트륨은 규산의 나트륨염이며 수용액이나 고체 상태로 이용 가능하다. 조성에 따라 메타규산나트륨 Na₂SiO₃, 그 수화물인 오쏘규산나트륨 Na₄SiO₄, 이규산나트륨 Na₂Si₂O₅ 등 여러 가지가 있으나, 보통은 메타규산나트륨을 말한다. 수화물(水和物)도 있으나, 무수물은 석영과 탄산나트륨의 혼합물을 1,000℃로 가열 융해하여 고체화(固體化)시켜서 만든다. 메타규산나트륨은 물에 잘 녹으며, 수용액은 가수분해하여 알칼리성이 된다. 규산나트륨의 진한 수용액을 물유리라 하며, 조성은 일정하지 않다.

본 발명에서 탄소수가 12개 내지 18개이고 카르복시기(-COOH)를 포함하고 있는 포화 또는 불포화지방산의 상기 유기지방산은 포화지방산으로는 팔미트산(Palmitic acid, CH₃(CH₂)₁₄COOH)), 스테아린산(Stearic acid, CH₃(CH₂)₁₆COOH)) 등을, 그리고 불포화지방산으로는 올레인산(Oleic acid, CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH)), 리놀렌산(Linoleic acid, CH₃(CH₂)₄CH=CHCH₂CH(CH₂)₇COOH)) 등을 사용한다.

상기와 같이 카르복시기를 포함하는 카르복시산은 RCOOH 표시되며, 여기서 R이 알킬기이거나 알켄기일 때 상기 유기지방산이라고 일컫는다. 이들 화합물은 통상적으로 주로 동식물의 지방, 밀납, 기름을 구성하고 있는 연속사슬로 된 포화 및 불포화의 천연의 유기지방족산을 말한다. 여기서, 포화는 구조 중에 탄소간의 연결 사슬이 단일결합만으로, 불포화는 이중 또는 삼중결합이 있는 화합물로 구분한다.

상기 유기지방산 중 올레인산(oleic acid)은 동물과 식물에 널리 존재하는 오메가-9 지방산으로서 화학식은 C₁₇H₃₃COOH, 녹는점은 16.3℃이고 끓는점은 360℃이다. 탄소원자 간의 이중결합을 1개 가지는 불포화 지방산이다. 비중은 25℃로 0.89이다. 올레인산의 구조식은 다음과 같다.

올레인산은 물에는 거의 녹지 않으나, 에탄올, 에테르, 클로로폼 등에는 녹는다. 백금흑, 니켈 등을 촉매로 하여 수소로 환원시키면 포화인 스테아르산이 된다. 순수한 것은 무색 ?무취인 유상(油狀) 액체이나, 공기 속에 방치해 두면 산화되어 황색 또는 갈색으로 착색되고 썩는 냄새가 난다.

또한, 올레인산은 올리브유나 동백기름과 같은 불건성 식물성 기름에 많이 함유되어 있으며, 소, 돼지 등의 유지(라드)에도 함유되어 있다.

상기 유기지방산에 암모니아수를 혼합하면 다음 반응식과 같이 지방산암모늄염이 생성된다.

RCOOH + NH₄OH -> RCOONH₄ + H₂O

상기 지방산암모늄염을 무기암모늄염과 규산칼륨 또는 규산나트륨의 혼합물에 첨가하여 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물을 제조하게 된다.

이하 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제를 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

1. 제 1 공정

올레인산과 암모니아수를 1:1 몰비로 즉, 올레인산 1몰(분자량/286)인 286g과 35% 암모니아수(분자량/35) 1몰인 100g으로 혼합하여 중화하면 다음 반응식에 따라 올레인산암모늄염이 생성되며, pH는 6~7의 중성염이 된다,

C₁₇H₃₃COOH＋NH₄OH→C₁₇H₃₃COONH₄＋H₂O

2. 제 2 공정

황산암모늄과 규산나트륨을 혼합한 것을 제1공정의 상기 올레인산암모늄염과 혼합함으로써 저점도의 젤리 상태의 표면경화제가 얻어진다.

올레인산과 암모니아수를 혼합하면 그 중화열에 의하여 올레인산암모늄염이 생성되며, 이것을 황산암모늄과 규산나트륨에 혼합하여 반젤리 상태의 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물을 제조한다.상기 천연의 조성물은 통상 물에 희석하여 사용하는데 그 자체를 100%로 보고, 10배 이하로 희석 사용될 경우에는 접착성이 저하되어 분말입자의 응집력이 약하고, 50배 이상으로 희석하여 사용될 경우에는 상대적으로 유연성과 표면 강도가 약해지는 단점이 있다. 따라서 전체 고형분 중량에 대하여 상기 조성물은 10~50 중량%를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명 표면경화제에 접착력과 유연성을 부여하기 위한 성분으로는 올레인산을 사용하며, 상기 올레인산 100 중량부에 대하여 10% 황산암모늄용액과 10% 규산나트륨용액의 혼합용액은 10~20 중량부가 바람직하다. 혼합용액의 첨가량이 5 중량부 미만의 경우는 너무 부드러워 여름철의 혹서기에는 흘러내릴 염려가 있고, 20 중량부를 초과하는 경우에는 너무 표면경도가 높아 약한 충격에도 부러질 염려가 있다.

상기 황산암모늄용액과 규산나트륨용액은 그 중량비율이 10:1~10:5의 범위가 바람직하다. 황산암모늄용액과 규산나트륨용액은 그 비율이 10:1의 이하가 되면, 표면경도가 너무 약하게 되고, 그 비율이 10:5의 이상이 되면, 표면경도가 너무 강하게 된다.

또한, 상기 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물은 스프레이노즐로 분사하기 위해서 물에 희석시켜 사용하게 되는데 전체중량을 100이라 할 때 물의 양은 90 중량부 정도, 표면경화제는 10 중량부 정도로 혼합해 사용한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 표면경화제는 종래의 표면경화제(비교예로서 시중 B사 비산 방지용 표면경화제 제품)와 비교하여 침투두께, 프록터 침입저항을 측정하여 본 결과에 의하면 표면강도 등의 성능이 현저히 향상되는 것을 다음 표 1(실시예 1 내지 4의 제조 배합비 및 물성 평가 결과)에 의해 알 수 있다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예
	제조배합비				타사(시중 B사)제품
올레인산	100	100	100	100
암모니아수 (35%)	35	35	35	35
황산암모늄 (10%)	10	10	10	15
규산나트륨 (10%)	2.5	1.0	5.0	5.0
Total	147.5	146.0	150.0	155.0	150.0
물성 평가 결과
침투두께 (mm)	3.5	3.9	3.2	3.1	5.3
프록터침입 저항(psi)	2,500	2,100	2,800	2,900	1,500
pH(20℃)	7.2	6.9	7.5	7.5	4.5

상기 표 1의 실시예 1 내지 4 및 비교예의 비산 방지용 표면경화제 조성물은 입자 크기가 60 메쉬(mesh) 이하이고 수분함량이 약 10% 이하인 토양 또는 석탄분말 1,000㎤(1ℓ)로 가로 14㎝×세로 14㎝×높이 5㎝의 상재를 만들고, 상기 조성물 10 중량% 수용액(상기 조성물 15g + 물 135g) 150g을 스프레이 용기로 분사, 도포하여 실온에서 7일간 자연 건조하였다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 비산 방지용 표면경화제 조성물을 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims

무기암모늄염을 규산칼륨 또는 규산나트륨과 혼합한 다음에 지방산암모늄염을 첨가하여 제조되어지되, 상기 지방산암모늄염은 탄소수가 12개 내지 18개이고 카르복시기(-COOH)를 포함하고 있는 포화 또는 불포화지방산의 유기지방산에 암모니아수를 혼합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 비산 방지용 표면경화제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 유기지방산은 포화지방산인 팔미트산, 스테아린산, 불포화지방산인 올레인산, 리놀렌산으로 이루어지는 그룹에서 선택되어지는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비산 방지용 표면경화제 조성물.
제1항에 있어서,
상기 무기암모늄염은 황산암모늄, 질산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄으로 이루어지는 그룹에서 선택되어지는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비산 방지용 표면경화제 조성물.