KR101220546B1 - 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수용성 아크릴 수지를 준비하는 단계, 상기 수용성 아크릴 수지 100중량부에 대하여 전분 1-3중량부를 투입하고 가열하여 1차 에멀션(Emulsion)을 제조하는 단계, 상기 1차 에멀션에 3가 알코올계를 투입하고 교반하여 2차 에멀션을 제조하는 단계 및 상기 2차 에멀션 100중량부에 대하여, 펄프폐액 0.1-2중량부를 투입하는 단계를 포함하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법을 제공하며, 이를 통하여, 기존 제품에 비해 취급이 용이하고, 점도가 낮아서, 성형탄의 이송 간 필요한 열비를 절감할 수 있으며, 상온에서도 낮은 점도로 인해 성형탄에 분사시, 연무형식으로 표면적이 넓어 고른 분사와 믹싱의 효율성을 높일 수 있다

Description

수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더 및 그 제조방법{BINDER HAVING WATER-SOLUBLE ACRYLIC RESIN AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 성형탄 제조시 미분탄 발생을 감소시키기 위하여 사용되는 바인더 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 제선공정에서 연료로 사용되는 석탄 중 미분탄은 용융로내에서 불완전 연소되거나, 용융로 외부로 배출되어 집진기에 포집된다. 더욱이, 이러한 미분탄은 보관이나 운반 도중에 바람 등에 의하여 다량의 먼지를 발생시키거나, 강우시 하천으로 유입되어 하천을 오염시키기도 한다. 이러한 미분탄을 이용하기 위하여 최근에는 바인더를 첨가하고 가압성형하여 일정 크기의 성형탄을 제조하여 사용하고 있다.
미분탄을 성형탄으로 제조하는 방법으로는 피치를 바인더로 사용하여 성형탄을 제조하는 방법과 전분을 바인더로 사용하여 성형탄을 제조하는 방법이 알려져 있다.
피치를 바인더로 성형탄을 제조하는 방법은 미분탄에 연화점 60-80℃의 피치를 첨가하여 혼합 후 70-90℃에서 가압성형하고, 전분을 바인더로 성형탄을 제조하는 방법은 미분탄에 연화점 120-170℃의 전분을 첨가하여 혼합 후 150-200℃에서 가압성형하여 성형탄을 제조한다. 그러나, 이러한 바인더는 연화온도가 높아 가압성형공정에서 가열건조 설비가 추가로 투입되어야 하는 문제점 있다. 또한, 성형탄의 가열 건조시 유해가스가 발생하기도 하고, 이를 방지하기 위하여는 많은 경비가 소요될 수 있다.
이를 해결하고자 미분탄에 액상 점착제를 혼합하여 초기강도가 우수한 성형탄의 제조방법이 제공되었다. 그러나, 사용되는 지방산 축합수지 점착제를 사용한 성형탄 제조의 바인더의 경우 실온에서 높은 점도를 가지고 있고, 이를 보완하기 위해 솔벤트를 사용하는데, 이러한 솔벤트는 인체에 유해한 영향을 끼친다. 또한, 약 60~70℃의 온도를 유지시켜야 하는 문제점이 있으며, 상온에서 높은 점도로 인해 취급성이 좋지 않아 솔벤트 등으로 유동성을 향상시켜서 사용하고 있다. 성형기기 관리에 있어서도 용제를 사용하여 세척하여야 하기 때문에, 설비에 대한 추가적인 관리가 필요하다.
즉, 기존의 바인더의 경우 솔벤트의 사용으로 인해 높은 원가에 대한 부담과 취급성, 그리고 설비의 관리적인 측면에서 많은 문제점을 가지고 있어서, 이러한 문제점을 해결해 줄 수 있는 바인더에 대한 요구가 증가하고 있다.
본 발명은 수용성 아크릴 수지를 이용한 바인더로서, 점도가 낮아 성형탄에 분사하기 용이하고, 성형탄과의 혼합 효율을 증가시킨 바인더 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면은 수용성 아크릴 수지를 준비하는 단계, 상기 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여 전분 1-3중량부를 투입하고 가열하여 1차 에멀션(Emulsion)을 제조하는 단계, 상기 1차 에멀션에 3가 알코올계를 투입하고 교반하여 2차 에멀션을 제조하는 단계 및 상기 2차 에멀션 100중량부에 대하여, 펄프폐액 0.1-2중량부를 투입하여 3차 에멀션을 제조하는 단계를 포함하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법을 제공한다.
상기 수용성 아크릴 수지와 전분은 60-70℃에서 가열되는 것이 바람직하다.
상기 3가 알코올계는 글리세린(Glycerin) 모노글리세라이드(Monoglyceride) 및 디글리세라이드(Diglyceride) 중 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다.
상기 1차 에멀션과 3가 알코올계는 50-70중량%: 50-30중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 1차 에멀션과 3가 알코올계는 40-65℃에서 60-100rpm으로 교반되는 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법.
본 발명의 일측면은 수용성 아크릴 수지 및 전분 50-70중량%와 3가 알코올계 50-30중량%를 포함하고, 상기 수용성 아크릴 수지, 전분 및 3가 알코올계 100중량부에 대하여 펄프폐액 0.1-2중량부를 포함하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더를 제공한다.
상기 전분은 상기 수용성 아크릴 수지 100중량부에 대하여 1-3중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
상기 바인더의 점도는 200-400 mPas인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 수용성 바인더를 이용하여 제조한 성형탄은 압축강도 및 낙하강도가 우수하여 생산성이 우수할 뿐만 아니라 취급이 용이하다. 또한, 상기 성형탄에는 점도가 낮은 수용성 바인더가 사용되므로 석탄의 뭉침이 일어나지 않고 석탄과 바인더의 믹싱 효율이 개선되어 석탄과 바인더가 균일하게 혼합되며, 따라서, 우수한 강도 및 품질을 나타낸다. 즉, 종래 바인더의 높은 점성으로 인한 믹싱 효율 저하 및 품질 저하 단점이 보완된다.
또한, 본 발명의 성형탄에는 수용성 바인더가 사용되므로 성형탄 제조 후, 별도의 솔벤트를 필요로 하지 않고 물로 용이하게 세척할 수 있으므로 설비관리가 용이하다. 또한, 상기 수용성 바인더는 상온에서 종래의 바인더 보다 점도가 낮으므로, 취급하기 좋은 유동성을 갖는다. 따라서, 제품 이송시 점성(점도)에 의한 마찰력이 낮아 제품 이송시간 및 열비 등이 절약되며, 따라서, 생산성이 개선될 뿐만 아니라 취급이 용이하다.
수용성 바인더의 낮은 점도로 인하여 분사압에 따른 스프레이가 용이하여 연무타입으로 넓은 표면적으로 분사되어 석탄을 고르게 적실 수 있다.
특히, 본 발명은 파이넥스(FINEX) 또는 코렉스(COREX) 공정에서 요구하는 최적 강도를 갖는 성형탄을 제조함으로써, 해당 공정의 생산 효율성을 극대화할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 바인더의 제조방법에 관한 흐름도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명자들은 연구와 실험을 통해, 성형탄 제조용 바인더를 수용성 아크릴 수지로 제조함으로서, 상온에서도 낮은 점도를 유지하여 성형탄과 믹싱효율을 획기적으로 증가시킬 수 있음에 착안하여, 그 결과에 기초하여 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 바인더의 주재료로서 지방산 축합성 수지를 이용하지 아니하고, 수용성 아크릴 수지를 이용함으로서, 설비관리시 물로써 용이하게 제거할 수 있고, 믹싱효율을 향상시킬 수 있는 바인더 및 그 제조방법을 제공한다.
이하, 도 1을 참고하여 본 발명의 일측면인 바인더의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 먼저 수용성 아크릴 수지를 준비한다(S11). 고점성의 광물성 오일을 바인더로 사용할 때에 따른 취급성의 단점 등을 개선할 수 있다. 수용성이기 때문에, 물로써 용이하게 제거될 수 있으며, 성형탄과의 믹싱효율을 향상시킬 수 있다.
상기 수용성 아크릴 수지 100 중량부에 대하여 전분 1-3 중량부를 투입하고 가열하여 1차 에멀션(Emulsion)을 제조한다(S12).
전분은 바인더의 결합력을 보충하는 기능을 하는 성분으로서 석탄배합물에 배합되어 성형탄의 초기강도를 향상시키는 효과를 나타낸다. 더불어, 그 함량은 1-3 중량부를 투입하는 것이 바람직하다. 전분의 함량이 1중량부 미만인 경우 본 발명이 의도하고자 하는 바인더의 결합력을 발현하기 어렵고, 그 함량이 3중량부를 초과하는 경우에는 바인더의 점성이 지나치게 높아지는 문제점이 발생한다. 상기 수용성 아크릴 수지로는 점착제로 일반적으로 사용되는 어떠한 수용성아크릴 수지가 사용될 수 있다.
상기 가열시 가열온도는 60-70℃가 바람직하다. 60℃ 이상에서 수용성 아크릴 수지와 전분이 망상구조를 띄는 에멀션(Emulsion) 형태를 나타낼 수 있도록 반응이 시작된다. 여기서, 온도를 60-70℃ 상태로 유지하는 이유는 수용성 아크릴 수지와 전분이 고르게 혼합되어 에멀션 형태를 나타내기 위해서이다. 본 발명에서는 상기와 같이 호화(糊化)된 수용성 아크릴 수지와 전분을 1차 에멀션으로 칭한다.
상기 1차 에멀션에 3가 알코올계를 추가로 투입한다(S13). 여기서 3가 알코올계는 글리세린 (Glycerin) 모노글리세라이드 (Monoglyceride) 및 디글리세라이드 (Diglyceride) 중 1종 또는 2종 이상인 것이 바람직하다. 폐식용유를 산처리하여 정제한 순도가 높은(글리세린 함량 88중량% 이상, MONG(Matter Organic Non Glycerin) 5중량% 미만) 3가 알코올계인 글리세린 혹은 대두유, 팜유 등으로 생산되는 바이오디젤 공정 중 부산물로 발생하는 모노 글리세라이드(글리세린에 지방산 1기가 붙은 형상) 혹은 디 글리세라이드 등 지방산이 추가 된 글리세린 사용이 효과적이다. 글리세린은 바인더의 점성 및 유동성을 조절하기 위하여 첨가하는 성분이며, 성형탄의 건조를 방지하는 효과도 나타낸다. 추가적으로 글리세린은 메탄올과 수분의 함유율이 낮을수록 좋다.
이 때, 상기 1차 에멀션과 3가 알코올계는 50-70중량%: 50-30중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기와 같이 혼합된 1차 에멀션과 3가 알코올계는 2차 에멀션으로 칭한다. 상기 1차 에멀션과 3가 알코올계는 40-65℃에서 60-100rpm으로 교반되는 것이 바람직하다. 상기 1차 에멀션과 3가 알코올계가 고르게 혼합될 수 있도록 온도를 제어하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 그 온도를 40-65℃로 제어할 수 있다. 또한, 60rpm 미만의 속도로 교반하는 경우에는 교반 속도가 너무 느려 교반이 원활히 일어나지 못하고, 100rpm를 초과하는 속도로 교반하는 경우에는 교반속도가 지나치게 빨라서 에멀션이 형성되기 어려운 문제가 있을 수 있다.
상기 2차 에멀션에 펄프폐액(흑액, Black Liquid)을 추가한다(S14). 펄프폐액은 펄프 원료를 화학 약제로 처리하여 펄프를 제조할 때 나오는 폐액으로서, 아류산 펄프 폐액, 유산염 펄프 폐액 등으로 구분되며, 일반적으로 알려져 있는 어떠한 펄프폐액이 사용될 수 있다. 한편, 필요에 따라, 펄프폐액의 투입비율을 조절하여 수용성 바인더의 최종 점도 및 점착성을 조절할 수 있다. 이 때, 펄프폐액의 함량은 상기 2차 에멀션 100중량부에 대하여, 펄프폐액 0.1-2중량부를 투입하는 것이 바람직하다. 상기 펄프폐액의 함량이 0.1중량부 미만인 경우 본 발명이 제어하고자 하는 바인더의 점도보다 낮게 되고, 2중량%를 초과하는 경우에는 본 발명이 제어하고자 하는 바인더의 점도보다 지나치게 높게 형성되는 문제점이 있다. 펄프폐액의 함량에 따라 최종 점도 및 점착성을 조절을 할 수 있으며, 성형탄의 수분함량에 따라, 성형탄의 압축 강도와 낙하(지상 5m)에 의한 분화율에도 밀접한 영향을 미친다.
본 발명의 일측면은 수용성 아크릴 수지 및 전분 50-70중량%와 3가 알코올계 50-30중량%를 포함하고, 상기 수용성 아크릴 수지, 전분 및 3가 알코올계 100중량부에 대하여 펄프폐액 0.1-2중량부를 포함하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더를 제공한다. 상기 전분은 상기 수용성 아크릴 수지 100중량부에 대하여 1-3중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 여기서 각 성분의 조성범위에 관한 사항은 제조방법에 관하여 상술한 내용과 동일하다.
상기 바인더의 점도는 200-400 mPas(15℃)인 것이 나타난다. 본 발명 바인더의 점도는 일반적인 바인더에 비하여 낮아 분사압에 따른 스프레이가 용이하여 연무타입으로 넓은 표면적으로 분사되어, 성형탄에 골고루 적실 수 있고, 성형탄에 뭉침 현상이 일어나지 않아, 믹싱효율에 상당히 향상시킬 수 있다. 이는 기존 바인더의 높은 점성으로 인해 성형탄의 일정 부분에만 뭉쳐지는 단점을 보완할 수 있다. 또한, 제품 이송시 점성(점도)에 의한 마찰력이 낮아 제품 이송 시간과, 열비 등 생산성에도 큰 영향을 끼친다.
상기와 같이, 성형탄과 바인더의 믹싱효율이 떨어지면 성형탄의 압축 강도의 편차가 상당히 커진다. 이는 곧 성형탄의 품질을 저하시키는 것이며, 이로 인하여 성형탄은 컨베이어를 통하여 이송되면서 충격에 의해 쉽게 깨어지고, 조각이 견고하지 못하여 바람에 흩날려 소실되는 미분탄의 양이 많아진다.
본 발명의 바인더의 점도와 성형탄의 수분함량은 믹싱효율과 밀접한 관계가 있다. 성형탄의 수분함량이 7~8중량%인 경우 바인더의 점도를 낮추고, 성형탄의 수분함량이 10중량% 전후인 경우 바인더의 점도를 높여서 믹싱 효율을 제어할 수 있다. 예를들어, 성형탄의 수분함량이 7~8중량%의 경우 바인더의 점도가 높으면 바인더내의 점착성분이 잘 섞이지 않아 뭉침 현상이 일어날 수 있다. 물리적으로 혼합을 가할 수 있지만 바인더가 성형탄에 골고루 스며들기에는 부족하다. 따라서 성형탄의 수분함량이 7~8중량%의 경우 바인더의 점도를 약 250 mPas 로 조절하여 투입하면 혼합이 용이해진다. 이러한 점도의 조절은 상술한 펄프폐액의 함량에 의하여 조절될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
본 발명에 따른 수용성 아크릴 수지 60중량%, 전분 10중량% 및 3가 알코올계 30중량%를 포함하고, 하기 표1의 함량에 따른 펄프폐액을 포함한 바인더의 점도(15℃)를 측정하여 하기 표1에 함께 나타내었다.
구분 펄프폐액 함량(중량부) 점도(15℃, mPas)
발명예1 0.1 200
발명예2 0.5 220
발명예3 0.7 250
발명예4 1.0 280
발명예5 1.5 340
발명예6 2.0 400
상기 표1에 나타난 바와 같이, 펄프폐액의 함량(0.1-2.0중량부)에 따라서, 본 발명이 의도하고자 하는 바인더의 점도(200-400mPas)를 확보할 수 있음을 알 수 있다. 더불어, 펄프폐액의 함량이 증가함에 따라서, 점도도 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (8)

  1. 수용성 아크릴 수지를 준비하는 단계;
    상기 수용성 아크릴 수지 100중량부에 대하여 전분 1-3중량부를 투입하고 가열하여 1차 에멀션(Emulsion)을 제조하는 단계;
    상기 1차 에멀션에 3가 알코올계를 투입하고 교반하여 2차 에멀션을 제조하는 단계; 및
    상기 2차 에멀션 100중량부에 대하여, 펄프폐액 0.1-2중량부를 투입하는 단계를 포함하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수용성 아크릴 수지와 전분은 60-70℃에서 가열되는 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 3가 알코올계는 글리세린(Glycerin) 모노글리세라이드(Monoglyceride) 및 디글리세라이드(Diglyceride) 중 1종 또는 2종 이상인 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 에멀션과 3가 알코올계는 50-70중량%: 50-30중량%로 포함되는 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 에멀션과 3가 알코올계는 40-65℃에서 60-100rpm으로 교반되는 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더의 제조방법.
  6. 수용성 아크릴 수지 및 전분 50-70중량%와 3가 알코올계 50-30중량%를 포함하고;
    상기 수용성 아크릴 수지, 전분 및 3가 알코올계 100중량부에 대하여 펄프폐액 0.1-2중량부를 포함하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전분은 상기 수용성 아크릴 수지 100중량부에 대하여 1-3중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 바인더의 점도는 200-400 mPas인 것을 특징으로 하는 수용성 아크릴 수지를 포함한 바인더.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4324747A (en) 1979-02-20 1982-04-13 Reichhold Limited Pulp waste liquor-phenolic resin binder
JP2007191561A (ja) 2006-01-18 2007-08-02 Nippon Steel Corp 炭材ペレットの製造方法
US20110197501A1 (en) 2010-02-12 2011-08-18 Darrell Neal Taulbee Method for producing fuel briquettes from high moisture fine coal or blends of high moisture fine coal and biomass

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