KR101184037B1

KR101184037B1 - 고침투형 석면 안정화제 및 이를 이용한 석면 안정화공법

Info

Publication number: KR101184037B1
Application number: KR1020120086786A
Authority: KR
Inventors: 김부권
Original assignee: 주식회사 삼신기업
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2012-09-18

Abstract

본 발명은 우수한 침투 특성과 점착 특성으로 인해 석면함유 자재의 진동이나 파손시에 석면함유 자재 내부의 석면이 비산하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 고침투형 석면 안정화제와 이를 바람직하게 이용한 석면 안정화공법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제는, Li(NCO)SiO₂의 화학식을 포함하는 침투점착형 화합물 28~56중량%, 포타슘플로라이드(KF) 0.7~2.9중량%, 계면활성제 1.24~1.88중량%, 분산제 0.06~0.22중량%, 증류수 42~67중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하며, 특히 침투점착형 화합물이 리튬하이드록사이드(LiOH) 9~26중량%, 리튬실리케이트(Li-Si) 67~88중량%, 메틸렌디페널디오시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI) 2.0~4.5중량%, 쇄연장제 1.0~2.5중량%로 조성된 조성물을 400~650에서 혼합열처리 반응공정을 통해 제조될 수 있다. 이와 같은 고침투형 석면 안정화제는 석면함유 자재에 단순 도포하는 방식으로 적용되어 석면 안정화공법으로 구현된다.

Description

고침투형 석면 안정화제 및 이를 이용한 석면 안정화공법{High Permeable Coating Agent for Stabilizing Asbestos and Using Method Thereof}

본 발명은 석면함유 자재의 석면 비산을 방지하기 위한 석면 안정화제와 석면 안정화공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 침투 특성과 점착 특성으로 인해 석면함유 자재의 진동이나 파손시에 석면함유 자재 내부의 석면이 비산하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 고침투형 석면 안정화제와 이를 바람직하게 이용한 석면 안정화공법에 관한 것이다.

석면은 기계적 강도가 우수하고 가격이 저렴하며 불연, 단열, 절연, 보온성능이 우수하여 단열재, 보온재, 슬레이트, 방화재 등 건축물 내외장재용 건축 자재로 많이 사용되어 왔다. 그러나 석면은 석면폐증, 폐암, 악성중피종 등의 암을 유발시키는 1급 발암물질로 분류되어 있다. 석면을 사용한 건축자재는 점차 노후화되면서 함유되어 있던 석면이 공기 중에 비산되어 있다가 인체로 흡입시에 심각한 문제점이 나타나고 있다. 인체에 흡입된 석면은 침상형태로 되어 있어 인체 외부로 배출되지 않고 축적되므로 문제가 되고 있다.

현재 국내는 물론 국외에서도 석면 사용을 법적으로 규제하고 있으며 석면이 함유된 건축자재 사용 또한 규제하고 있는 상황이다. 그러나 규제 이전에 석면을 사용한 건축자재가 제조되고 건축물 건축에 사용되었으며, 그 결과 석면 함유 건축자재가 시공된 건축물이 현재에도 별도의 조치 없이 존재하고 있는 실정이다. 특히 유동인구가 많은 공공시설물이나 교육시설물은 석면함유 건축자재 사용 규제 이전에 건축된 시설물이 많고 현재까지도 계속 사용되어 오고 있기 때문에 이러한 시설물에 대한 석면의 비산 방지 처리가 시급한 상황이다.

석면의 비산 방지 처리 방법에는 석면 비산 방지제를 도포하여 처리하는 방법이 있는데, 석면 비산 방지제는 유기용제를 사용하거나 유기계 수지를 주원료로 한 제품이 대다수이다. 유기용제는 취급 과정에서 VOC 발생으로 2차 오염 문제를 유발하기 쉬운 단점이 있다. 한편 유기계 수지를 원료로 하는 제품은 도포면 표면만을 코팅 처리하는 정도에 불과하여 건축물 해체에 사용하거나 장시간 경과할 경우 석면함유 자재의 진동이나 파손으로 인해 자재 내부의 석면이 비산하는 것까지 방지하기에는 부족하다는 단점이 있다.

따라서 석면함유 자재 내부까지 우수한 침투 특성이 있는 새로운 무기계 석면 비산 방지제가 요구되는 상황이다. 이러한 요구에 따라 특허 1031861호, 1068554호 등과 같은 무기계 석면 안정화제가 제안되고 있다.

본 발명은 석면함유 자재 내부까지 우수한 침투 특성이 있는 새로운 무기계 석면 안정화제를 제안하고자 개발된 것으로서, 우수한 침투 특성과 점착 특성으로 인해 석면함유 자재의 진동이나 파손시에 석면함유 자재 내부의 석면이 비산하는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 고침투형 석면 안정화제를 제공하는데 기술적 과제가 있다.

또한 본 발명은 고침투형 석면 안정화제를 바람직하게 이용하면서 용이하게 수행할 수 있는 석면 안정화공법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은, Li(NCO)SiO₂의 화학식을 포함하는 침투점착형 화합물 28~56중량%, 포타슘플로라이드(KF) 0.7~2.9중량%, 계면활성제 1.24~1.88중량%, 분산제 0.06~0.22중량%, 증류수 42~67중량%를 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 고침투형 석면 안정화제를 제공한다. 여기서 침투점착형 화합물은, 리튬하이드록사이드(LiOH) 9~26중량%, 리튬실리케이트(Li-Si) 67~88중량%, 메틸렌디페널디오시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI) 2.0~4.5중량%, 쇄연장제 1.0~2.5중량%로 조성된 조성물을 400~650℃에서 혼합열처리 반응공정을 통해 제조될 수 있다.

또한 본 발명은 고침투형 석면 안정화제를 석면함유 자재에 도포하는 것을 특징으로 하는 석면 비산 방지를 위한 석면 안정화공법을 제공한다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 본 발명의 고침투형 석면 안정화제는 기존 석면 안정화제에서 사용하는 알칼리금속이온(Na+,K+)보다 이온크기가 작은 Li+ 알칼리금속이온을 가지기 때문에 밀실한 도포면 내부에 대한 침투특성이 우수하다. 또한 이소시아네이트기(-NCO)를 가져 석면함유 자재가 가지는 금속이온(Mg2+, Ca2+)과 반응하기 때문에 침투 후 우수한 점착과 경화특성으로 석면의 고화안정화에 따른 석면 비산 방지에 우수한 효과를 나타낸다.

둘째, 본 발명의 고침투형 석면 안정화제를 석면 함유 자재에 도포하면 자재 내부에 효과적으로 침투하여 고화 안정화시키면서 자재의 휨강도도 증대시키기 때문에 석면함유 자재의 내구성 향상에도 기여한다.

셋째, 본 발명에 따른 석면 비산 방지용의 고침투형 석면 안정화제는 천장재 및 뿜칠재 등의 석면함유 자재에 단순히 도포하여 사용하는 재료이기 때문에 석면 비산 방지공사를 간단하고 신속하게 수행할 수 있다.

본 발명은 석면함유 자재에 도포할 경우 내부에 효과적으로 침투하고 결합 반응하여 고화시키는 기능의 석면 안정화제로서, 유해물질 발생의 염려가 없는 무기계 재료를 이용하는 한편, 석면함유 자재에의 침투가 용이한 작은 크기의 Li⁺과 석면함유 자재와 반응하여 고화하는 이소시아네이트기(-NCO)를 동시에 가지는 Li(NCO)SiO₂ 화학식의 침투점착형 화합물을 포함하여 구성된다는데 특징이 있다.

다시 말해 본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제는, Li(NCO)SiO₂의 화학식을 포함하는 침투점착형 화합물 28~56중량%, 포타슘플로라이드(KF) 0.7~2.9중량%, 계면활성제 1.24~1.88중량%, 분산제 0.06~0.22중량%, 증류수 42~67중량%를 포함하여 조성된다.

본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제에서 침투점착형 화합물은 Li(NCO)SiO₂의 화학식을 가지는 것인데, 알칼리이온 Li⁺이 작은 전자 수와 오비탈 수에 의해 이온 크기가 작기 때문에 석면함유 자재가 가지는 미세한 기공을 통해 내부까지 우수한 침투특성을 나타내고, 이소시아네이트기(N=C=O)가 점착특성이 있기 때문에 석면함유 자재의 Mg² ⁺, Ca² ⁺ 이온과 결합반응하여 점착 고화특성을 나타낸다. 이로써 침투점착형 화합물은 본 발명에서 침투?점착 특성을 나타내어 석면 비산 방지를 위한 주요한 재료가 된다. 이와 같은 침투점착형 화합물은 전체 고침투형 석면 안정화제에서 28~56중량% 포함하는 것이 바람직한데, 28중량% 미만이면 고형분 함량이 낮아 도포되는 면에 대한 고화특성이 낮아지고, 56중량% 초과하면 고형분이 너무 높아 도포면에 대한 흡수 침투특성이 낮아진다.

Li(NCO)SiO₂ 화학식의 침투점착형 화합물은 리튬하이드록사이드(LiOH), 리튬실리케이트(Li-Si), 이소시아네이트기를 제공하기 위한 MDI(Methylene Diphenyl Diisocyanate), 에멀전 분산성 유지를 위한 쇄연장제를 400~650℃의 혼합열처리 반응공정을 통해 제조할 수 있다. 여기서 MDI는 polymeric MDI로서 분자량 360~400, 비중1.18~1.20/50℃, 비점 195℃, 인화점 200℃이상인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 쇄연장제는 EDA(ethylene diamine)와 1,4-BD(1,4-butanediol) 중에서 선택하면 적당하다. 이러한 침투점착형 화합물 제조에서 LiOH는 9~26중량%, MDI는 2.0~4.5중량%, 리튬실리케이트는 67~88중량%, 쇄연장제는 1.0~2.5중량%로 사용하는 것이 바람직하다. LiOH가 9중량% 미만이면 침투점착형 화합물 제조반응에 필요한 Li+ 이온이 부족하고 26중량% 초과하면 미용해된 LiOH 침전물이 발생할 우려가 있다. MDI는 2.0중량% 미만이면 이소시아네이트기(NCO)의 부족으로 침투점착형 화합물의 점착특성이 낮아지고 4.5중량% 초과하면 점성이 높아져 도포 형태로서의 제품 사용이 곤란하다. 리튬실리케이트는 통상적으로 상용화되어 있는 것을 사용하는데, 67~88wt% 범위를 벗어나면 침투점착형 화합물 제조반응에 필요한 Li+, Si- 이온이 부족해진다. 쇄연장제는 1.0~2.5중량% 벗어나는 경우 분산성이 낮아져 부분적으로 응집체가 발생할 우려가 있다.

한편 Li(NCO)SiO₂ 화학식의 침투점착형 화합물은 LiOH, 리튬실리케이트, MDI, 쇄연장제를 400~650℃에서 혼합열처리 반응공정을 통해 제조하는 것이 바람직하다. 온도가 400~650℃를 벗어나면 화합물의 구성이 이뤄지지 않거나 고온에 의한 겔화가 발생하기 쉽다. 또한 반응공정 시간은 온도 도달 후 2~5hr이 적당한데, 이를 벗어날 경우에도 화합물의 구성이 이뤄지지 않거나 겔화가 발생하기 쉽다.

본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제는 포타슘플로라이드(KF)를 포함하여 구성되는데, KF는 고침투형 석면 안정화제가 석면함유 자재에 침투될 때 미세기공 내부에서 표면장력을 높여주는 역할을 한다. 즉 KF에 의해 표면장력이 향상되기 때문에 고침투형 석면 안정화제가 미세기공을 충분히 채우면서 침투하는 것이 가능해진다. 이에 따라 미세기공 표면에서 고침투형 석면 안정화제의 도포 경화되는 면적이 더 넓게 되어 더 우수한 점착 고화특성을 확보하는 것이 가능해진다. KF는 0.7~2.9중량% 사용하는데, 0.7중량t% 미만이면 표면장력을 높여주는 특성이 낮아지고, 2.9중량% 초과하면 용해도 초과로 인해 미용해 잔유물이 발생하기 쉽다.

본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제는 분산제, 계면활성제 및 증류수가 더 포함된다. 분산제는 통상적으로 사용하는 것으로서 규소를 주사슬로 하고 말단기에 음이온기를 가지는 것을 사용하면 적당하고, 0.06~0.22중량%로 사용한다. 분산제는 0.06중량% 미만이면 고침투형 석면 안정화제가 응집하기 쉽고 0.22중량% 초과하면 도포 후 상부에 잔류하여 도포면의 건조가 늦어질 우려가 있다. 계면활성제는 통상적으로 사용하는 비이온 계면활성제를 1.24~1.88중량% 사용하는 것이 바람직한데, 1.24중량% 미만이면 도포면에 대한 분산흡수특성이 낮아지고 1.88중량% 초과하면 도포 후 상부의 건조가 늦어지는 문제가 발생한다. 증류수는 42~67중량% 사용하는데, 42중량% 미만이면 고침투형 석면 안정화제의 점성이 높아 도포면에 대한 흡수특성이 떨어지고 67중량% 초과하면 지나친 희석으로 도포면의 침투 및 석면 비산 방지 특성이 떨어진다.

이상과 같은 고침투형 석면 안정화제는 석면함유 자재에 단순 도포하는 방법으로 적용된다. 즉 석면함유 자재 표면에 분사, 바름 등의 방법으로 도포하기만 하면 고침투형 석면 안정화제가 석면함유 자재 내부로 침투하면서 석면함유 자재와 반응 결합하여 고화하게 되는 것이다. 이로써 석면함유 자재에 진동이나 파손이 가해지더라도 석면함유 자재 내부의 석면이 비산하는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

이하에서는 실시예에 의거하여 본 발명에 따른 조성물의 특성을 살펴본다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이로써 한정되는 것은 아니다.

[실시예1] 침투점착성 화합물의 제조

아래 [표 1]과 같은 조성으로 원료를 준비하여 500℃에서 3시간 혼합열처리 반응공정을 통해 Li(NCO)SiO₂ 화학식의 침투점착성 화합물을 제조하였다.

침투점착성 화합물의 원료 조성

구분	실험예1	실험예2	실험예3	비고
LiOH	19	13	17	무수물 무색정방계 결정분말, 비중 1.41~1.45
MDI	3.6	2.9	2.4	polymeric MDI로서 분자량 360~400, 비중1.18~1.20/50℃, 비점 195℃, 인화점 200℃이상
리튬실리케이트	76	82	79	비중 1.19~1.21, Li₂O 2.0~2.2%, SiO₂ 19.5~20.5%, 몰비 4.55~4.85
쇄연장제	1.4	2.1	1.6	EDA(ethylene diamine)
소계	100	100	100	100

[실시예2] 고침투형 석면 안정화제

[실시예1]에 따라 제조된 침투점착성 화합물을 이용하여 아래 [표 2]와 같은 조성으로 혼합 교반하여 고침투형 석면 안정화제를 준비하였다.

고침투형 석면 안정화제의 조성

성 분	실험예1	실험예2	실험예3	비고
침투점착형 화합물	41	33	50	실시예1에서 제조한 것
KF	1.6	1.08	2.0	purity 98%Min, free HF 0.5%Max, K₂CO₃ 0.2%Max
계면활성제	1.28	1.74	1.88	수산기(OH)를 가진 비이온 계면활성제
분산제	0.12	0.18	0.12	알칼암모늄염 계열
증류수	56	64	46	1차 이상 증류수
소계	100	100	100	-

[실시예3] 고침투형 석면 안정화제의 특성

[실시예2]에 따른 조성으로 준비한 각각의 고침투형 석면 안정화제에 대해 특성 평가를 하였다. 특성평가로는 KTL규격 KTL L 073-2010 석면비산방지제(Anti-Dispersing Agent of Asbestos)에 의거하여 침투소요시간과 휨강도 변화율을 조사하였으며, 또한 침투특성 향상에 따른 석면 비산 방지 특성을 확인하기 위해 시편에 고침투형 석면 안정화제를 도포하고 도포 시편을 깊이 3mm를 연마한 후 진동에 의해 비산되는 석면개수를 측정하였다. 그 결과 아래 [표 3]과 같은 결과를 나타냈다.

고침투형 석면 안정화제의 특성

성 분	실험예1	실험예2	실험예3	비교예(시편)
침투소요시간(min)	5분 이내	5분 이내	5분 이내	-
휨강도 변화율(%)	+52.1	+43.7	41.0	-
도포 침투 후 도포면 3mm 연마 후 석면 비산 개수(입자개수/cc)	0.0012	0.0008	0.0011	0.216

위의 [표 3]에서와 같이 본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제는 도포면에 대한 침투소요시간이 5분 이내로 우수한 침투특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 또한 도포 처리된 시편에 대한 휨강도 변화율은 모두 증가하였는데, 이는 본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제와 도포 기재면의 바인딩 특성과 고화특성이 향상되면서 휨강도 향상 또한 향상시킨 것으로 파악된다. 나아가 고침투형 석면 안정화제의 도포 여부에 따라 시편의 연마시 비산되는 석면개수를 확인한 결과, 고침투형 석면 안정화제의 미도포 시편(비교예)의 석면 비산 개수가 0.216개/cc인데 비해 본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제의 도포 시편(실험예1~3)의 석면 비산 개수가 0.0008~0.0012개/cc로 나타나 본 발명에 따른 고침투형 석면 안정화제의 석면 비산방지 효과가 우수한 것으로 확인되었다.

Claims

Li(NCO)SiO₂의 화학식을 포함하는 침투점착형 화합물 28~56중량%, 포타슘플로라이드(KF) 0.7~2.9중량%, 계면활성제 1.24~1.88중량%, 분산제 0.06~0.22중량%, 증류수 42~67중량%를 포함하여 조성되되,
상기 침투점착형 화합물은,
리튬하이드록사이드(LiOH) 9~26중량%, 리튬실리케이트(Li-Si) 67~88중량%, 메틸렌디페널디오시아네이트(Methylene Diphenyl Diisocyanate, MDI) 2.0~4.5중량%, 쇄연장제 1.0~2.5중량%로 조성된 조성물을 400~650℃에서 혼합열처리 반응공정을 통해 제조된 것임을 특징으로 하는 고침투형 석면 안정화제.
제1항에서,
상기 쇄연장제는,
에틸렌다이아민(ethylene diamine, EDA), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol, 1,4-BD) 중 하나가 선택되는 것을 특징으로 하는 고침투형 석면 안정화제.
제1항 또는 제2항에 따른 고침투형 석면 안정화제를 석면함유 자재에 도포하는 것을 특징으로 하는 석면 비산 방지를 위한 석면 안정화공법.