KR101319539B1 - 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명은 물의 정수, 하수, 오폐수 처리 공정 및 석유 정제 공정, 토사 분리 공정, 제지 공정 등 산업 전반에 있어서 수처리 고분자 응집제로서 사용되고 있는 유중수 에면젼상 고분자 중합체와 고전하 물질의 혼합 조성물인 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물은 유중수 에멀젼상 고분자중합체와 폴리아민중합체를 혼합한 물질로써 혼합물의 총 중량을 기준으로 유중수 에멀젼상 고분자중합체 60~99중량%와 폴리아민중합체 1~40중량%을 혼합 교반하여 제조된다.

Description

수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물{Single phase compositions of water in oil emulsions}

본 발명은 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명은 물의 정수, 하수, 오폐수 처리 공정 및 석유 정제 공정, 토사 분리 공정, 제지 공정 등 산업 전반에 있어서 수처리 고분자 응집제로서 사용되고 있는 유중수 에면젼상 고분자 중합체와 고전하 물질의 혼합 조성물인 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물에 관한 것이다.

수처리 고분자 응집제는 투입하여 사용하려는 물에 있는 SS(물속의 부유물질, suspended solid)를 응집하는 것을 목적으로 하는 것으로 기존의 고분자를 제조하는 기술로는, 분말 상 제조 기술, 유중수 에멀젼 상 제조 기술, 수분산 상 고분자 제조 기술이 있다.

분말 상 제조 기술은 경제적인 측면에서는 유리한 점은 있으나, 제품이 분말인 관계로 용해 시간이 오래 걸리며, 미용해된 제품이 발생하여 제품의 효율성을 저해시키며 배관을 막거나 여포를 막는 등의 문제점이 있다.

유중수 에멀젼 상 제조 기술은 용해성이 뛰어나며, 분자 구조 변화가 쉬우며, 수 분산 상 고분자 응집제에 비하여 분자량과 몰(%)농도 등을 높이 올릴 수 있는 장점이 있으나, 2차 오염의 우려와 장기 보관시 유분과 고형분과의 상 분리 현상의 문제점을 내포하고 있다.

수분산 상 고분자의 경우, 2차 오염에 대한 문제에서는 많은 장점이 있으나, 함량을 높이기가 힘들어 제품내의 물 성분이 많기에 투입량이 많아 경제성이 떨어지며, 운송 및 저장의 문제가 단점이 되고 있다.

한국특허 제0167537호(수용성 고분자 중합체의 수중 분산형 조성물)는 폴리아민공중합체와 물로 된 폴리아민수용액에 카치온성폴리아크릴아미드 공중합체 분말 또는 폴리에틸렌옥사이드 공중합체 분말과 같은 분말상의 고분자응집제를 혼합하여, 2상의 수중 분산형 수처리제용 조성물이 공지되어 있다.

그러나, 상기 특허는 분말상 고분자와 폴리아민 수용액을 조성하면 초기에는 고상과 액상의 성질을 지니고 있으나, 시간이 지남에 따라(24시간 경과후에는) 점차 겔화가 진행되어 액상의 성질을 상실하여 유동성에 문제가 발생된다. 이에 따라 일반 정량펌프로 슬러리와 혼합하는 반응조로의 이송이 불가능하며, 분말상 고분자가 완전히 용해되지 못해 미용해 물질이 발생하며, 분말상 고분자 물질의 엉김 현상이 발생하게 된다. 또한, 분말상의 특성상 용해 장치 및 투입장치가 많아지는 문제가 발생할 수 있으며, 제조 공정이 복잡 다단으로 이루어져 효율성이 떨어진다는 문제가 있었다.

따라서, 분말상의 고분자 응집제와 폴리아민 수용액을 혼합하는 2상의 수분 분산형 수처리제용 조성물이 아닌, 이러한 2상의 수분산형 수처리제용 조성이 지니고 있는 단점을 극복한 새로운 방식의 수처리용 고분자 응집제에 대한 연구 및 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 유중수 에멀젼 고분자 중합체의 단점인 유분과 고형분의 상분리 현상을 방지하고, 폴리아민 수용액과 분말상의 고분자 응집제를 혼합하는 2상의 수분 분산형 수처리제용 조성물의 단점인 겔화 및 엉김 현상을 방지하고, 제조공정의 단순화를 통해 효율성을 높일 수 있는, 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명의 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물은 유중수 에멀젼상 고분자중합체와 폴리아민중합체를 혼합한 물질로써 혼합물의 총 중량을 기준으로 유중수 에멀젼상 고분자중합체 60~99중량%와 폴리아민중합체 1~40중량%을 혼합 교반하여 제조된다.

바람직하게는, 상기 유중수 에멀젼상 고분자 중합체는 폴리아크릴아마이드 공중합체이다.

바람직하게는, 상기 폴리아민중합체는 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 중합체이다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 유중수 에멀젼 상 고분자중합체와 고전하 물질인 폴리아민중합체와의 혼합과 교반 만으로 이루어 짐으로써, 유중수 에멀젼 상 고분자 중합체로만 이루어진 고분자 응집제와 비교하여 용해성이 뒤떨어지지 않으며, 유분과 고형분과의 상분리 현상을 방지할 수 있으며, 즉, 유중수 에멀젼 고분자 중합체에 고전하 물질인 폴리아민 중합체를 첨가함으로써 전체적인 C.D(Cation Degree)를 변화시킬 수 있기에, 상 자체를 unstable(불안정한)상태에서 stable(안정한)상태로 안정화를 유도하여 유분상과 고형분상의 상 분리를 해결할 수 있다.

이는 유중수 에멀젼상 고분자 중합체 단독 제품의 단점으로 지적되어 온, 상 분리 현상을 해결할 수 있기에 제품의 보존기한을 늘려주고, 유통 기한 길어지기에 특별한 관리를 하지 않고도 제품의 저장성을 높여줄 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물은 유중수 에멀젼 고분자의 몰(%)농도를 올리지 않고서도 C.D(Cation Degree)를 증가시킬 수 있기에 약품의 투입량을 감소시켜 경제적인 이점이 있으며, 탈수 Cake의 함수율을 낮출 수 있음으로 발생하는 탈수 Cake의 양을 감소시킬 수 있어 유중수 에멀젼 고분자에 비하여 보다 친환경적이며 경제적이라 할 것이다.

이로 인해, 유중수 에멀젼상 제조 제품을 생산하거나 사용하는 산업 현장에서의 인력 손실을 줄일 수 있으며, 생산 설비의 간소화와 전기에너지의 절감으로 이어져 기업의 생산성 향상과 국가적인 손실 부분을 예방할 수 있다는 효과가 있다.

한편, 종래의 폴리아민 수용액과 분말상의 고분자 응집제를 혼합하는 2상의 수분 분산형 수처리제용 조성물에 비하여, 본 발명의 유중수 에멀젼 고분자 조성물은 액상의 단일상으로 구성됨으로 혼합 후 일정시간이 지나더라도 형상의 변화가 거의 없으며, 또한 엉김 현상의 발생이 없어 미용해 물질이 발생될 위험이 없으며, 이에 따라 일반 펌프로의 이송이 원활하며, 제조 공정이 간단하여 제품의 효율성이 높다는 장점이 있다.

본 발명의 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물은 유중수 에멀젼상 고분자중합체와 C.D(Cation Degree)를 증가시킬 수 있는 고전하 물질인 폴리아민중합체로 구성된다. 바람직하게는 혼합물의 총 중량을 기준으로 유중수 에멀젼상 고분자중합체 60~99중량%와 폴리아민중합체 1~40중량%을 혼합된다.

본 발명의 기술적 특징은 먼저, 유중수 에멀젼상 고분자 중합체에 고전하 물질인 폴리아민 중합체를 혼합 교반한다는 것이다.

본 발명은 유중수 에멀젼상 고분자 중합체에 폴리아민중합체를 혼합함으로써 혼합물의 C.D(Cation Degree)를 전체적으로 증가시킴으로써, 제타전위와 반데르발스 반발력, 수소결합 등의 전하에 변화를 주어, 유분상과 고체상의 전하 상태를 unstable(불안정한)상태에서 stable(안정한)상태로 안정화시켜 주게 된다.

일반적으로 유중수 에멀젼상 제조 고분자의 경우 몰(%)농도가 높을수록 전하가 높은 편인데, 전하의 변화를 주면서도 몰(%)농도는 올라가지 않게 조절하는 것이 중요하다.

본 발명에서 사용되는 유중수 에멀젼상 고분자 중합체는 카치온성 폴리아크릴아마이드 중합체가 사용된다. 보다 바람직하게는 유중수 에멀젼 상 고분자 중합체는 light hydrotreated petroleum distillate, ethoxylated nonylphenol, nonionic surfactant, acylamide, solvent가 중합된 폴리아크릴아마이드 중합체이다. 그러나, 이러한 유중수 에멀젼상 고분자 중합체는 용매와 같은 유분 성분과 아크릴아마이드와 같은 고형분 성분이 중합 반응이 끝난 뒤 시간이 경과하면 유분상과 고형분상의 상 분리가 진행된다.

에멀젼상 고분자 중합체가 분말상 중합체와의 가장 큰 차이점은 유분이 함유된 액상으로 이루어져 있다는 것이다. 에멀젼상 고분자 중합체는 액상을 지님으로, 유동상 상태로 펌프 등을 이용한 이송 장치와 자동 용해 장치 등이 가능한 것이다.

에멀젼상 고분자 중합체는 자체 점성을 띠게 되는데, 몰(%)농도가 높을수록 점성은 증가하는 현상이 나타나게 된다. 유중수 에멀젼상 고분자중합체와 C.D(Cation Degree)를 증가시킬 수 있는 고전하 물질인 폴리아민중합체로 구성된 본 발명의 조성물 또한, 고전하 물질인 폴리아민 중합체의 첨가량이 많을수록 점성은 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 유중수 에멀젼상 고분자 중합체와, 고전하 물질인 폴리아민중합체와의 혼합비를 적절히 조절하여, 유분상과 고체상의 상분리 현상이 이루어지지 않으며, 조성물의 점성 증가를 최대한 낮추어서 에멀젼상 고분자 중합체의 최대 장점인 액상의 상태로 이송의 문제를 야기하지 않도록 한다.

본 발명의 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물은 유중수 에멀젼상 고분자중합체 60~99중량%와 폴리아민중합체 1~40중량%를 포함한다. 본 발명에서, 고전하 물질인 폴리아민중합체의 양을 너무 적게 첨가하게 되면 유중수 에멀젼상 고분자 중합체의 전하 변화를 유발할 수 없으므로 무의미하다 볼 수 있으며, 너무 많은 양의 고전하 물질인 폴리아민중합체를 첨가하게 되면 에멀젼상 고분자 중합체의 전하는 안정한 상태로 유도되어 유분상과 고형분상의 상 분리 현상은 발생하지 않지만, 점성의 과다 증가로 인하여 혼합물 전체가 겔화를 초래할 수 있다. 따라서, 에멀젼상 고분자 중합체의 최대 장점인 액상으로의 이송 및 자동 용해 장치 운전의 기능을 상실할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 유중수 에멀전상 고분자 중합체의 고질적인 문제인 유분과 고형분의 상 분리 현상을 해결하기 위하여, 지속적인 연구, 실험, 검토한 결과 유중수 에멀젼상 고분자 중합체와 고전하 물질인 폴리아민중합체의 혼합물 중량을 100 중량%로 했을 때, 유중수 에멀젼상 고분자 중합체 60~99 중량%, 고전하 물질의 적절한 혼합 비율은 1~40 중량%인 것을 도출할 수 있었다.

바람직하게는 본 발명에서 사용되는 폴리아민중합체는 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 중합체이며, 분자량은 10,000~2,000,000을 가진다.

본 발명의 또다른 기술적 특징은 폴리아민 수용액에 분말상의 고분자 응집제를 혼합하여 제조된 2상의 수분 분산형 수처리제용 조성물(상기의 종래 특허)이 아니라, 유중수 에멀젼상 고분자 중합체에 폴리아민 중합체를 혼합하여 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물을 제조한다는 것이다.

본 발명에서는, 유중수 에멀젼상 고분자 중합체에 폴리아민 중합체를 혼합함으로 액상의 단일상으로 구성되어 종래와 달리 혼합 후 일정시간이 지나더라도 형상의 변화가 거의 없으며, 또한 2상이 아니라 단일상의 특성상 엉김 현상의 발생이 없어 미용해 물질이 발생될 위험이 없다. 이에 따라, 일반 펌프로의 이송이 원활하며, 제조 공정이 간단하여 효율성이 높다는 장점이 있다.

이상과 같은 기술적 특징을 지니는 본 발명의, 유중수 에멀젼상 고분자 중합체에 폴리아민 중합체를 혼합하여 제조된 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물은 유중수 에멀젼상 고분자 중합체의 분자량(몰 %농도)을 올리지 않고도, C.D(Cation Degree)를 향상시켜, 슬러리의 응집탈수 반응시 Floc의 크기와 강도를 증가시켜 함수율을 현저히 개선시키며, 여수성의 효과를 증가시킨다. 또한 유중수 에멀젼상 고분자 중합체 단독으로 사용하였을 때 보다 약품의 투입량도 현격히 줄어들게 된다. 이는 약품비 사용 감소로 인한 경제성에 이득이 되며, 투입량이 작기 때문에 탈수 여액으로 인한 2차 오염의 영향에서도 많은 이점을 얻을 수 있다.

<실시예 1>

수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물의 제조

수처리 고분자 응집제로 사용되는 유중수 에멀젼 상 고분자 중합체 85%(850g)에 폴리아민 중합체(디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 중합체) 15%(150g)을 첨가한 후, 40rpm으로 30분간 교반 혼합하여, 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물을 제조하였다.

<실험예>

석유화학회사의 활성오니조에서 나오는 잉여오니를 각 1,000㎖ 채취하여, 실시예 1에서 조성물(본 발명의 조성물)과, 비교예(유중수 에멀젼 고분자 중합체 단독, 즉, 폴리아민중합체가 포함되지 않은 에멀젼상 고분자 중합체)를 각각 0.2% 농도가 되게 물에 용해하여, 각각 투입한 뒤 200rpm으로 20초간 교반하였다.

각각의 응집된 시료를 벨트프레스에 넣고 동일한 압력(1.5kg/cm)으로 탈수한 뒤 탈수여액의 탁도와 탈수Cake의 함수율을 측정하였다.

위 실험 과정의 측정 결과는 다음의 표1과 같다.

	본 발명의 조성물 (실시예 1)	유중수 에멀젼 고분자 (비교예)
잉여오니의 T.S 농도	2.5%
투입농도	500 ppm	560ppm
Floc의 강도(강중약으로 표현)	강	중
Floc의 크기(직경의 크기, mm)	10	7
탈수 Cake의 함수율	84%	87%
탈수 여액의 탁도	3NTU	5NTU

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 조성물은 유중수 에멀젼상 고분자 중합체 단독으로 사용되는 경우에 비하여 동일한 T.S 농도를 갖는 잉여오니에 대해서 Floc의 강도 및 크기가 증가되었으며, 탈수 cake의 함수율이 낮았으며, 탈수 여액의 탁도 또한 낮았다.

따라서, 본 발명의 조성물은 유중수 에멀젼 상 고분자 중합체 단독으로 사용되는 경우보다 C.D(Cation Degree)를 향상시켜, 슬러리의 응집탈수 반응시 Floc의 크기와 강도를 증가시켜 함수율을 현저히 개선시키는 것을 확인하였다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 기재하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 상기 기재된 범위 및 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않은 범위 내에서는 본 발명을 다양하게 변경 및 수정시킬 수 있음을 인지할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 유중수 에멀젼상 고분자중합체와 폴리아민중합체를 혼합한 물질로써 혼합물의 총 중량을 기준으로 유중수 에멀젼상 고분자중합체 60~99중량%와 폴리아민중합체 1~40중량%을 혼합 교반하여 제조된, 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유중수 에멀젼상 고분자 중합체는 폴리아크릴아마이드 공중합체인 것을 특징으로 하는 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리아민중합체는 디메틸아민과 에피클로로히드린으로 이루어진 중합체인 것을 특징으로 하는 수처리 고분자 응집제용 단일상의 유중수 에멀젼 고분자 조성물.