KR101315618B1

KR101315618B1 - 부식성이 개선된 친환경 액상 제설제 조성물

Info

Publication number: KR101315618B1
Application number: KR1020130031679A
Authority: KR
Inventors: 유승구; 김선인
Original assignee: (주)즐거운미래
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-10-08

Abstract

본 발명은 염화칼슘 10~40중량%, 염화마그네슘 10~40중량%, 글루콘산염 1~10중량%, 아질산염 1~10중량%, 물 40~60중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 액상 제설제 조성물에 관한 것이다.
상기 친환경 액상 제설제 조성물은 금속이나 콘크리트 구조물 등의 내식성이 우수하여 환경 친화적이며, 분산성과 유동성이 좋아 균일하게 살포할 수 있어 제설 작업성이 우수하며, 가격이 저렴한 특징이 있다.

Description

부식성이 개선된 친환경 액상 제설제 조성물{An Eco-Friendly Composition for Liquid Type Deicer Having Improved Corrosiveness}

본 발명은 금속이나 콘크리트 구조물 등의 내식성이 우수할 뿐만 아니라 수질오염을 악화시키지 않아 환경 친화적이며, 살포된 후에도 융설 및 융빙에 대한 초기 반응속도가 빠르고 이의 지속성이 우수한 친환경 액상 제설제 조성물에 관한 것이다.

최근 들어 전 세계의 기상 이변 등으로 인하여 동절기에 폭설이 우리나라는 물론 전 세계적으로 빈번하게 발생하고 있으며, 그에 따라 도로에 사용되는 제설제의 사용량도 급증하고 있다. 현재 국내에서 사용하고 있는 제설제는 고형으로 가격이 저렴한 염화칼슘에 소금 또는 모래 등을 섞어서 사용하는 형태가 일반적이며, 최근 이를 살포가 용이한 방법으로서 고형의 염화칼슘을 수용액으로 만들어 고상의 소금과 함께 도로에 분사하는 습염살포 방식도 활용되고 있다. 그러나 종래의 염화물계 제설제가 갖는 문제점인 차량 및 교량의 부식, 토양오염 등을 근본적으로 해결할 수 있는 방법은 아직 개발되지 않고 있는 실정이다.

제설작업 시 노면이나 교량에 살포되는 염화칼슘이나 염화나트륨은 염소이온(Cl^-)이 존재하므로 철(Fe)과 반응하면 급격히 염화철(FeCl₂)을 형성하여 자동차, 철근, 철골 등의 구조물을 심각하게 부식시킨다. 특히, 염화칼슘은 매우 빠른 속도로 철 뿐만 아니라 콘크리트, 아스팔트 등도 부식시킴으로써 자동차, 교량은 물론 모든 도로시설물의 수명을 단축시킨다. 또한, 염화칼슘은 물에 용해되어 하천 및 토양에 유입되면서 수질오염 및 토양의 산성화를 유발할 뿐만 아니라 도로변의 초목, 채소 등 식물을 고사시키고 동물의 발과 피부에 피부병, 가려움증을 유발하는 등 환경에 피해를 주는 원인으로 알려져 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 염화물계 제설제가 개발되고 있는데, 그 중 하나로서 등록특허 제10-1176208호에는 소석회를 혼합한 염화칼슘 용액 95.0 내지 99.9중량%와, 구연산 및 암모니아를 포함하는 첨가제 0.1 내지 5.0중량%를 함유하는 친환경 염화칼슘계 액상 제설제가 개시되어 있으나, 염소의 함량이 높아 부식성이 높으므로 만족스럽지 못한 문제점이 있다.

따라서 염소의 함량이 낮아 부식성을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 가격이 저렴하고 제설성능이 확인되고, 나아가 염화물계 제설제의 독성을 저감시킬 수 있는 친환경 액상 제설제의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은 종래 제설제의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 염소의 함량이 낮아 금속 및 콘크리트 구조물 등의 내식성이 우수하고 환경 친화적이며, 보관이 용이하므로 경제적일 뿐만 아니라 수입에 의존하는 고가의 제설제를 대체할 수 있는 친환경 액상 제설제 조성물의 제공을 그 과제로 한다.

본 발명의 친환경 액상 제설제 조성물은 염화칼슘 10~40중량%, 염화마그네슘 10~40중량%, 글루콘산염 1~10중량%, 아질산염 1~10중량%, 물 40~60중량%을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본원 발명은 상기 글루콘산염이 글루콘산나트륨, 글루콘산칼륨, 글루콘산칼슘 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 친환경 액상 제설제 조성물을 제공한다.

마지막으로 본원 발명은 상기 아질산염이 아질산나트륨 또는 아질산칼륨인 것을 특징으로 하는 친환경 액상 제설제 조성물을 제공한다.

본 발명의 친환경 액상 제설제 조성물은 금속이나 콘크리트 구조물 등의 내식성이 우수하여 도로, 도로 시설물, 교량, 자동차 등의 내구성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 살포된 후에도 융설 및 융빙에 대한 초기 반응속도가 빠르고 이의 지속성이 우수하며, 수질오염과 토양의 산성화를 유발하지 않으므로 동·식물에 대한 피해를 일으키지 않아 환경 친화적인 장점이 있다.

또한, 액상이므로 습기에 의한 영향이 거의 없어 보관이 용이하고, 종래 제설제와 비교하여 가격이 저렴하므로 수입대체 효과를 거둘 수 있는 등 여러 가지 장점이 있다.

본 발명은 염소의 함량이 낮아 금속이나 콘크리트 구조물 등의 내식성이 우수하여 환경 친화적이며, 분산성과 유동성이 좋아 균일하게 살포할 수 있어 제설 작업성이 우수하고 가격이 저렴한 친환경 액상 제설제 조성물에 관한 것이다.

먼저 본 발명의 구현예를 설명하기로 하고, 이하 본 발명의 각 구성성분에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

(A) 염화칼슘

염화칼슘은 수분을 스스로 흡수하는 성질이 있는 백색 결정으로서, 물과 섞으면 물의 어는점을 낮추고 물과 반응할 때 열을 발생하므로 친환경 액상 제설제 조성물의 어는점을 강하시켜 융빙제의 역할을 한다. 상기 염화칼슘의 함량은 액상 제설제 조성물의 10∼40중량%로 하는 것이 바람직하다. 만일 그 함량이 10중량% 미만이면, 조성물의 융빙 역할이 미약하고, 이와 반대로 40중량%를 초과하는 경우 융빙성은 향상되나 과포화현상으로 침전물이 형성되고 부식성이 심해지므로 그 이상의 사용은 문제가 발생한다.

(B) 염화마그네슘

염화마그네슘은 흡습성이 강하고 물에 잘 녹으며, 친환경 액상 제설제 조성물의 어는점을 강하시켜 융빙제의 역할을 한다. 상기 염화마그네슘의 함량은 액상 제설제 조성물의 10∼40중량%로 한다. 만일 그 함량이 10중량% 미만이면, 조성물의 융빙 역할이 미약하고, 이와 반대로 40중량%를 초과하는 경우 융빙성은 향상되나 과포화현상으로 침전물이 형성되고 부식성이 증가되므로 그 이상의 사용은 문제가 발생한다.

(C) 글루콘산염

글루콘산염은 열 및 알칼리에 대해 매우 안정하고 분산작용 및 계면활성제 조장 효과가 있으므로, 제설제 조성물로 응용하였을 때 염소이온을 함유한 경우 기존에 사용되어온 아질산염과 상호 보완 관계를 나타내어 부식 발생을 강력하게 억제하는 결과를 나타낸다. 이때 글루콘산염의 함량은 액상 제설제 조성물의 1.0 내지 10중량%로 유지되는 것이 적당하다. 그 함량이 1.0중량% 미만이면 방식(防蝕)능력이 저하되며, 10.0중량%를 초과하면 방식효과는 좋으나 경제성이 떨어진다. 구체적으로 글루콘산염의 종류로는 글루콘산나트륨, 글루콘산칼륨, 글루콘산칼슘으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

(D) 아질산산염

아질산염은 본 발명의 친환경 액상 제설제 조성물이 콘크리트나 아스팔트 도로, 교량, 차량, 시설 구조물과 접촉하더라도 피막을 형성하여 이들의 부식을 방지하는 부식방지제의 역할을 하는데, 단독 사용보다 글루콘산염과 함께 사용하면 부식 방지 효과가 상승하는 것으로 나타났다. 그 구체적인 종류로서는 아질산염으로서는 아질산나트륨, 아질산칼륨 등을 사용하는 것이 바람직하고, 상기 아질산염의 함량은 액상 제설제 조성물의 1∼10중량%로 사용한다. 만일 그 함량이 1중량% 미만이면 부식 방지 효과가 미미하고 반대로 10중량%를 초과하면 오히려 어는점 강하를 방해하고, 나아가 경제성이 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.

한편, 본 발명의 조성물에서 상기에 언급된 성분을 제외하고 나머지는 물을 40~60중량% 범위에서 함유시킴으로써 제설제 조성물을 액상으로 한다.

상기한 친환경 액상 제설제 조성물의 제조방법은 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 먼저 염화칼슘과 염화마그네슘을 물에 용해시키고, 여기에 글루콘산염, 아질산산염을 투입하여 10~30℃의 온도에서 50~2000 rpm으로 교반하여 제조할 수 있다.

이러한 본 발명의 친환경 액상 제설제 조성물은 각각의 성분을 최적의 조성비로 포함함으로써, -40 내지 -60 ℃ 범위의 어는점을 가져 우수한 융설 및 융빙 효과를 나타내고 상기 융설 및 융빙된 눈 또는 얼음이 추운 날씨로 인해 재결빙되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 표면장력이 저감되고 유동성과 분산성이 우수하여 살포 시 작업성이 좋게 할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상의 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

하기 [표 1]에 나타낸 실시예 1-5 및 비교예 1-2에서와 같은 조성비로 각 성분을 교반기에 투입한 후 교반하여 액상 제설제 조성물을 제조하였다.

각 성분에 따른 액상제설제 조성물 (중량%)

	염화 칼슘	염화마그네슘	글루콘산칼륨	아질산칼륨	글리 세린	구연산 염	NaCl	물
실시예 1	30	20	3	2	-			45
실시예 2	15	40	2	3	-			40
실시예 3	45	9	0.5	0.5				45
실시예 4	8	37	-	5	-			50
실시예 5	15	45	1.5	0.5	-			38
비교예 1	-	35	-	-	8	2	-	55
비교예 2	-	-	-	-	-	-	3	77

[시험예 1]유해원소 함량

본 발명의 수치한정 범위 내의 것인 상기 실시예 1 내지 2에서 제조한 액상 제설제 조성물의 수분 검조함량에 대한 유해원소 함량 시험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기로 하였다. 시험은 국가공인시험기관인 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 ICP 분석 시험방법을 이용하여 유해원소 시험을 실시하였으며, 얻어진 결과를 하기 [표 2]에 나타내었고, 그 결과 실시예 1 내지 2에서 제조한 액상 제설제 조성물은 모든 항목에서 유해원소가 검출되지 않아 우수하였다.

유해원소 시험결과 (㎎/㎏)

	Pb	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Zn
환경마크 기준	5 이하	2.5 이하	0.05 이하	15 이하	20 이하	0.05 이하	2.5 이하	50 이하
실시예 1	x	x	x	x	x	x	x	x
실시예 2	x	x	x	x	x	x	x	x

[시험예 2]단위시간당 융빙량

상기 실시예 1 내지 5, 비교예 1에서 제조한 액상 제설제 조성물이 저온에서도 눈과 얼음을 녹임은 물론 지속적인 융빙 능력이 있음을 알아보기 위하여 미국 국립연구위원회 SHRP H-205.2의 실험 방법으로 시험하여 -5℃, -12℃에서 각각 10분, 30분, 60분이 경과할 때마다 융빙량을 측정하였으며, 그 결과를 [표 3]에 나타내었다.

각 예별 융빙량(%)

구 분		10분	30분	60분	비 고
실시예 1	-5℃	130	121	102	o 시험방법 미국 국립연구위원회 SHRP H-205.2 o 품질기준 융빙량이 시약급 염화나트륨의 90% 이상이어야 함
실시예 1	-12℃	122	110	98
실시예 2	-5℃	128	120	101
실시예 2	-12℃	120	108	97
실시예 3	-5℃	114	105	97
실시예 3	-12℃	110	102	95
실시예 4	-5℃	112	104	95
실시예 4	-12℃	107	100	94
실시예 5	-5℃	113	104	96
실시예 5	-12℃	109	101	95
비교예 1	-5℃	110	100	98
비교예 1	-12℃	105	99	96

위 [표 3]에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 액상 제설제 조성물인 실시예 1, 2는 수치한정 범위 밖인 실시예 3 내지 5 및 비교예 1보다 우수한 융빙 능력이 있음을 알 수 있다.

[시험예 3] 금속 부식성 시험

본 발명의 액상 제설제의 친환경 성능을 평가하기 위하여 EL610 규격에 따라 강재부식성 시험을 진행하였으며, 규격에서 별도로 규정하지 않은 사항은 미국 PNS(Pacific Northwest Snowfighters)의 시험방법 B에 따랐다.

가. 강재 시험편 제작

강재 시험편은 EL610 규격에 따라 KS D ３512(냉간압연강판 및 강대)의 SPCC(냉간압연강판)로 제작하였고, 그 시험편의 크기는 3㎝×5㎝×0.2㎝로 하였다.

나. 시료 및 시험방법

실험에 사용된 시료는 실시예 1 내지 5 및 비교예 1, 2의 것을 이용하였다. 각 시료에 대해 각각 3개의 강재 시험편(S1, S2, S3)을 준비한 후 각 시료에 3개의 강재 시편을 168시간(1주) 동안 침지시켰다. 시험 전,후에 강재 시험편의 표준형상변화와 중량손실비율을 평가하였고, 중량손실비율은 비교예 2에서 단위면적당 무게감량에 대한 실시예 1~5 및 비교예 1에서 단위면적당 무게감량의 비율로 계산하였고, 강재 부식시험에서 환경인증기준은 1주 경과 후에 각각의 무게 감량이 염화나트륨의 30% 이하이어야 한다. 그 시험결과를 하기 [표 4]에 정리하였다.

각 예별 중량손실비율(%)

	단위면적당 무게감량(㎎/㎠)				중량손실비율(%)
	S1	S2	S3	평균	중량손실비율(%)
실시예 1	0.09	0.11	0.08	0.10	2.0
실시예 2	0.08	0.10	0.09	0.09	1.8
실시예 3	0.19	0.16	0.19	0.18	3.6
실시예 4	0.22	0.19	0.21	0.21	4.2
실시예 5	0.21	0.23	0.17	0.20	4.0
비교예 1	1.07	1.10	1.21	1.12	22.0
비교예 2	4.98	5.17	5.16	5.10	기준치

위 [표 4]에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 액상 제설제 조성물인 실시예 1, 2는 수치한정 범위 밖인 실시예 3 내지 5보다 약간 우수한 것으로 나타났으며, 비교예 1보다는 금속 부식성이 매우 우수한 것으로 나타났다.

[시험예 4] 콘크리트 동결융해 시험

금속 부식성이 친환경 액상 제설제 기준에 가장 적합한 실시예 1, 2에서의 시료에 대하여 콘크리트 동결융해성 시험을 하였으며, 콘크리트 동결융해성 시험에 사용된 포틀랜드 시멘트로 된 피실험물의 조건은 [표 5]와 같고, 환경인증기준은 5싸이클 및 10싸이클의 콘크리트 동결시험에서 무게손실률은 1.0% 이하이어야 한다.

콘크리트 동결융해성 시험의 피실험물 조건

표준사	KS L ISO 670(시멘트의 강도시험방법)에 규정된 것
배합무게비 (시멘트 : 표준사 : 물)	1 : 2.45 : 0.485
크기	50㎜ × 50㎜ × 50㎜

* 실험방법 : EL 610

무게손실률은 3% 염화나트륨 수용액의 무게손실에 대한 상대치로서 동결융해 싸이클을 5회, 10회 실시한 후 무게 손실량을 측정하여 무게손실률을 계산하였으며, 그 결과는 [표 6]과 같다.

콘크리트 동결융해성 시험결과

	무게손실률(%)
	5회 반복	10회 반복
실시예 1	0.39	0.59
실시예 2	0.41	0.60
비교예 1	0.49	0.66

[표 6]을 통해 알 수 있는 바와 같이, 무게손실률은 3% 비교예 2인 염화나트륨 수용액의 무게손실 대비 실시예 1은 5회 반복 0.39%, 10회 반복 0.59%이었으며, 실시예 2는 5회 반복 0.41%, 10회 반복 0.60% 이였다. 친환경 제설제에 대한 환경인증기준에 따르면, 콘크리트 동결융해성은 3% 염화나트륨 수용액의 무게손실 대비 1% 이하이어야 하는데, 실시예 1, 2는 무게손실률이 콘크리트 동결융해성의 기준치보다 낮으며, 비교예 1보다도 낮으므로, 콘크리트 구조물에 피해를 적게 준다.

Claims

염화칼슘 10~40중량%, 염화마그네슘 10~40중량%, 글루콘산나트륨, 글루콘산칼륨, 글루콘산칼슘 중에서 선택된 어느 하나인 글루콘산염 1~10중량%, 아질산나트륨 또는 아질산산칼륨인 아질산염 1~10중량%, 물 40~60중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 액상 제설제 조성물.
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