KR101794957B1 - 바텀애쉬를 이용한 친환경 제설제의 제조방법 - Google Patents
바텀애쉬를 이용한 친환경 제설제의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 바텀애쉬를 이용한 친환경 제설제의 제조방법에 관한 것으로, 바텀애쉬에 초산칼슘 및 글리세린을 포함하는 제설제 조성을 코팅하여 1차 코팅체를 제조하는 단계, 상기 1차 코팅체에 알긴산나트륨 용액을 코팅하여 2차 코팅체를 제조하는 단계, 및 상기 2차 코팅체를 건조하는 단계를 포함하여, 산업부산물인 바텀애쉬를 이용하여 마찰제로서 기능하면서도, 융빙성능을 부여하기 위한 제설제 조성이 그 표면에 안정적으로 코팅되어 동결된 노면의 융빙효과를 지속적으로 확보할 수 있는, 마찰성 및 융빙성을 갖는 친환경 제설제를 제공할 수 있는 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 바텀애쉬를 이용한 친환경 제설제의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바텀애쉬를 이용하여 마찰제의 성능과 함께 융빙성능을 부여한 친환경 제설제를 제조하는 방법에 관한 것이다.
제설제는 마찰제와 융설(융빙)제로 크게 나뉘며, 융설(융빙)제의 경우는 직접 눈을 녹이는 기능을 하나 마찰제의 경우는 눈을 녹이지는 못하지만 압설 또는 결빙노면에서 일시적으로 마찰력을 높이는 작용을 한다. 구체적으로, 마찰제는 노면의 동결두께가 두꺼워져 융설제가 녹이는 시간이 과량 소요될 경우에 노면의 동결부에 마찰성능을 부여하여 안전을 확보하기 위한 것으로 주로 모래가 사용되고 있다.
그러나 모래의 경우 살포초기에는 일시적으로 마찰력의 개선 효과는 있으나 입자가 빙층의 심부에 차츰 차츰 침강하면서 다음 강설시는 적설의 중심부에 묻히게 되어 큰 효과를 기대하기 어렵고, 배수관 및 집수정 막힘, 미세한 모래에 의한 공기오염, 모래에 포함된 이물질에 의한 차량 파손 등으로 많은 작업인력과 비용이 추가로 소요되고 있어 오르막 구간, 음지, 상시 결빙지역, 지열이 없는 교량구간 등 마찰력이 필요한 지역에 한하여 제한적으로 사용할 수밖에 없는 문제점이 있다.
더욱이, 천연자원의 부족과 동결부에 모래가 삽입될 경우에 마찰성능을 상실하는 등의 문제가 발생되며, 최근에는 고가의 천연 화산재 등의 마찰재가 수입되어 사용되고 있다.
한편, 융설(융빙)제는 크게 염화물계 제설제와 비염화물계 제설제로 구분할 수 있는데, 비염화물계 제설제에 비해 염화물계 제설제의 제설효과가 신속하므로 주로 염화물이 사용된다.
그러나 종래의 염화물계 제설제는 제설작업시 노면이나 교량에 살포되는 염화칼슘이나 염화나트륨은 염소이온(Cl)이 존재하므로 철(Fe)과 반응하면 급격히 염화철(FeCl2)을 형성하여 자동차, 철근, 철골 등의 금속 시설물을 심각하게 부식시킨다.
특히, 염화칼슘은 물에 용해되거나 토양에 흡수되면 수질오염 및 토양의 산성화를 유발하고 도로변의 초목, 채소 등 식물을 고사시키는 등 식물의 생장에 지장을 초래하여 환경에 피해를 주는 원인으로 알려져 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 친환경 제설제가 개발되고 있으며, 선행기술로서 대한민국등록특허 제10-1471327호에는 우레아 10 내지 15 중량부, 카르복실산 0.5 내지 1.5 중량부, 인산 1.0 내지 2.0 중량부, 염화나트륨 80 내지 90 중량부의 성분비로 이루어진 친환경 제설제가 제안되어 있고, 대한민국 등록특허 10-1405138에는 염화칼슘 40.5 내지 56 중량%, 염화나트륨 36 내지 51 중량%, 구연산나트륨 3.1~7.5중량%, 제2인산칼슘 0.1 내지 0.9중량%, 초산나트륨 0.2 내지 2.5중량% 및 요소 0.2 내지 2.0 중량%로 이루어진 친환경 제설제가 제안되어 있다.
또한, 대한민국등록특허 제10-0977739호에는 염화마그네슘: 38-45%; 초산나트륨: 3-6%; 글리세린: 2-5%; 구연산나트륨: 1-3% 및 잔부 물로 조성되어, 살수장비에서의 아칭현상을 막아 도로 청소용 작업용수로 활용할 수 있는 특징을 갖는 염화물계 액상제설제에 대해 제안되어 있다.
그밖에, 마찰제 및 제설효과를 동시에 가지는 친환경 제설제에 대한 제안도 있었는바, 대한민국등록특허 제10-1617935호에는 제설 효과를 위한 염화마그네슘. sodium metasilicate 및 리튬이온을 이용한 금속 이온염과 물을 혼합하여 구성된 이온 용액에 나무칩을 일정시간 침지, 또는 흡착함으로써 이온염이 나무칩에 침투하도록 한 후, 상기 이온염이 침투된 나무칩을 건조하는 것을 특징으로 하는 제설제의 제조방법을 제안하고 있다.
한편, 화력발전소에서 석탄을 연소하고 남는 바텀애쉬는 여러 연구에서 환경적인 안전성이 확보되었음에도 다공질의 표면과 함께 보관 중에 침투된 소량의 염소성분으로 단순 매립되고 있는 실정이다.
지금까지 바텀애쉬는 콘크리트 조성물(대한민국특허등록 제10-1043932호), 토양처리용 온실가스저감제(대한민국특허공개 제10-2012-0046241호), 도로포장용 투수성 조성물(대한민국특허등록 제10-1038796호), 경량골재(대한민국특허등록 10-1131853호) 등 주요하게는 건축 토목 용도로서 다양하게 활용될 수 있는 것으로 종래기술들은 제안하고 있다.
바텀애시는 골재로 일정부분 활용될 수 있을 정도로 어느 정도의 강성을 가지고 있으며, 표면의 무수한 공극으로 인해 다양한 물질을 함유할 수 있는 공간을 가지고 있는 장점이 있다.
본 발명은 바텀애쉬를 이용하여 마찰제의 성능과 함께 융빙성능을 발현할 수 있는 안정화된 친환경 제설제를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 바텀애쉬에 초산칼슘 및 글리세린을 포함하는 제설제 조성을 코팅하여 1차 코팅체를 제조하는 단계;
상기 1차 코팅체에 알긴산나트륨 용액을 코팅하여 2차 코팅체를 제조하는 단계; 및
상기 2차 코팅체를 건조하는 단계;를 포함하고,
1차 코팅체를 제조하는 단계는 제설제 조성 100중량%에 대하여 초산칼슘 80 내지 90중량% 및 글리세린 10 내지 20중량%를 포함하는 제설제 조성을 사용하고, 바텀애쉬 100중량부에 대하여 제설제 조성을 15 내지 20 중량부로 사용하여 수행되고,
2차 코팅체를 제조하는 단계는 알긴산나트륨을 초산칼슘과 글리세린 총량 100중량부에 대해 10 내지 15중량부 되도록 사용하여 수행되며,
건조하는 단계는 80 내지 100에서 30분 내지 1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 친환경 제설제의 제조방법을 제공한다.
상기 1차 코팅체에 알긴산나트륨 용액을 코팅하여 2차 코팅체를 제조하는 단계; 및
상기 2차 코팅체를 건조하는 단계;를 포함하고,
1차 코팅체를 제조하는 단계는 제설제 조성 100중량%에 대하여 초산칼슘 80 내지 90중량% 및 글리세린 10 내지 20중량%를 포함하는 제설제 조성을 사용하고, 바텀애쉬 100중량부에 대하여 제설제 조성을 15 내지 20 중량부로 사용하여 수행되고,
2차 코팅체를 제조하는 단계는 알긴산나트륨을 초산칼슘과 글리세린 총량 100중량부에 대해 10 내지 15중량부 되도록 사용하여 수행되며,
건조하는 단계는 80 내지 100에서 30분 내지 1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 친환경 제설제의 제조방법을 제공한다.
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본 발명은 산업부산물인 바텀애쉬를 이용하여 마찰제로서 기능하면서도, 융빙성능을 부여하기 위한 제설제 조성이 그 표면에 안정적으로 코팅되어 동결된 노면의 융빙효과를 지속적으로 확보할 수 있는, 마찰성 및 융빙성을 갖는 친환경 제설제를 제공할 수 있다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법 은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 바텀애쉬에 초산칼슘 및 글리세린을 포함하는 제설제 조성을 코팅하여 1차 코팅체를 제조하는 단계; 상기 1차 코팅체에 알긴산나트륨 용액을 코팅하여 표면을 안정화시키는 단계; 및 건조하는 단계;를 포함하는 친환경 제설제의 제조방법을 제공한다.
1차 코팅체를 제조하는 단계에서 사용된 제설제 조성은 융설(융빙)제로서 기능할 수 있는 것으로, 구체적으로 초산칼슘은 융해열이 크므로 이를 이용하여 빙점 강하와 재결빙 시간을 지연시킬 수 있다.
한편, 글리세린은 저온에서 탁월한 안정성과 재결빙 지연효과를 갖도록 할 수 있는 성분으로, 특히 글리세린은 어는점 내림에 도움을 주며 저온에서도 제품의 안정성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
바람직한 일 구현예에 의하면, 이와 같은 초산칼슘과 글리세린을 포함한 제설제 조성을 바텀애쉬에 코팅하여 1차 코팅체를 제조하는 데 있어서 제설제 조성은 전체 조성 중 초산칼슘을 80 내지 90중량%로 포함하고, 글리세린을 10 내지 20중량%로 포함하는 조성을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
만일 바텀애쉬를 코팅하는 제설제 조성 중 글리세린의 함량이 10중량% 미만이면 부식성이 저하되는 문제점이 있으며, 반면에 글리세린의 함량이 전체 제설제 조성 중 20중량% 초과면 2차 코팅시 표면의 안정화가 저감되어 이후로의 건조시간이 증가되는 문제점이 발생할 수 있다.
이와 같은 제설제 조성을 바텀애쉬에 코팅하여 1차 코팅체를 제조함에 있어서 바텀애쉬에 대한 제설제 조성의 배합비는 바텀애시의 총흡수율이 최대 20%인 점을 고려하여 바텀애쉬 100중량부에 대해 15 내지 20중량부로 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같이 바텀애쉬에 제설제 조성을 코팅하는 경우, 액상의 제설제 조성이 다공질의 바텀애쉬에 코팅되는 것이므로 바텀애쉬 표면에 제설제 조성이 안정화되기 위해서는 건조과정이 요구된다.
그러나 본 발명에서는 1차 코팅체를 그대로 건조하는 것이 아니라, 1차 코팅체에 알길산나트륨을 코팅하여 2차 코팅체를 얻은 다음, 이를 건조하는 공정을 수반한다.
이와 같이 1차 코팅체에 알긴산나트륨을 2차 코팅하게 되면, 바텀애쉬 표면에서 겔상의 알긴산칼슘으로 변화되어 제설제 조성이 바텀애쉬 표면에 고르게 유지될 수 있도록 한다.
2차 코팅체를 제조하는 데 있어서, 알긴산나트륨의 사용량은 1차 코팅체 제조에 사용된 제설제 조성 100중량부에 대해 10 내지 15중량부, 즉 초산칼슘과 글리세린 총량 100중량부에 대해 10 내지 15중량부 되도록 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
만일, 2차 코팅체를 제조하는 데 있어서, 알길산나트륨의 사용량이 초산칼슘과 글리세린 총량 100중량부에 대해 10중량부 미만이면 표면안정성이 낮아서 이후로 코팅체의 건조시간이 증가되는 문제점이 있을 수 있고, 15중량부 초과면 제설성능을 저하시킬 수 있다.
이와 같이 바텀애쉬의 표면에 제설제 조성이 안정화된 2차 코팅체를 건조하면 본 발명의 친환경 제설제를 제조할 수 있다.
이때 건조는 80 내지 100℃에서 30분 내지 1 시간 동안 수행하는 것이 절건된 표면을 피할 수 있는 면에서 바람직할 수 있다.
구체적으로, 건조시간이 길어지게 되면 과도한 건조 시간으로 인한 비용 증가 문제뿐만 아니라 표면의 과도한 건조에 의해 알긴산칼슘의 분말이 날릴 수 있는 문제가 있을 수 있으므로, 상기한 범위 내에서 건조공정이 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 바텀애쉬를 이용한 친환경 제설제의 제조방법에 따르면 산업부산물인 바텀애쉬를 재활용할 수 있고, 친환경적인 제설제 조성을 바텀애쉬에 안정적으로 코팅시킴으로써 부식방지성능을 향상시킬 수 있고 마찰제와 융설(융빙)제의 역할을 동시에 수행하여 동결된 노면의 융빙 효과를 지속적으로 확보할 수 있는 친환경 제설제를 제공할 수 있다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1 내지 7
본 실시예들은 본 발명의 방법에 따라 바텀애쉬를 이용하여 제설제를 제조하는 방법에 있어서 1차 코팅시 제설제 조성의 변경, 2차 코팅시 알긴산나트륨의 사용량 변경 등에 따른 건조시간 및 물성에 미치는 영향을 확인하기 위해 제공되는 것이며, 이에 한정이 있는 것은 아니다.
구체적으로, 다음 표 1과 같은 제설제 조성을 사용하여, 화력발전소의 부산물로부터 입수한 바텀애쉬 100중량부에 대해 제설제 조성을 20 중량부로 되도록, 액상의 초산칼슘과 글리세린 용액에 바텀애쉬를 0.5 시간 동안 침지하는 방법으로 1차 코팅체를 제조하였다.
얻어진 1차 코팅체를 다음 표 1에 기재된 알긴산나트륨 사용량에 근거하여, 1차 코팅체를 회전시켜며 분무 코팅하는 방법으로 코팅하여 2차 코팅체를 제조하였다.
다음으로 2차 코팅체를 건조하였다.
표 1에 있어서 건조시간은 건조온도 80 ℃를 기준으로 하여 2차 코팅체가 표면 건조 상태가 되도록 건조되는데 소요되는 시간으로 정의한다.
| 1차 코팅시 제설제 조성 (전체 조성 100중량%) |
2차 코팅 | 건조시간 (at 80℃) |
||
| 초산칼슘 (중량%) |
글리세린 (중량%) |
알긴산나트륨 (제설제 조성 100중량부에 대한 중량부) |
||
| 실시예 1 | 100 | - | 10 | 30 |
| 실시예 2 | 90 | 10 | 10 | 36 |
| 실시예 3 | 80 | 20 | 10 | 41 |
| 실시예 4 | 70 | 30 | 10 | 54 |
| 실시예 5 | 80 | 20 | 5 | 52 |
| 실시예 6 | 80 | 20 | 15 | 41 |
| 실시예 7 | 80 | 20 | 20 | 60 |
얻어진 각각의 제설제에 대해 강재부식율 및 융빙성능을 평가하여 그 결과를 다음 표 2로 나타내었다.
구체적인 평가방법은 다음과 같다.
(1) 강재부식율(%)
한국환경산업기술원의 시험방법 중 제설제의 성능 평가 - 강재 부식 영향 시험방법(EM502-1)에 따라 강재부식성 시험을 실시하여 강재부식성을 테스트한 결과치이다. 표 1의 강재부식율(%)이 의미하는 바는 손실되지 않고 남은 중량유지 비율, 즉 부식되지 않은 정도를 나타내는 것으로 그 값이 높을수록 부식방지성능에 있어서 우수함을 나타낸다.
(2) 융빙성능(%)
한국환경산업기술원의 시험방법 중 제설제의 성능 평가 - 융빙성능시험방법(EM 502-3)에 준하여 융빙성능을 측정하고, 이를 동등한 실험조건에서 수행된 염화물계 제설제인 NaCl을 사용하여 얻어진 결과와 대비하여 나타내었다.
| 강재부식율(%) | 융빙성능(%) (NaCl대비) |
|
| 실시예 1 | 80% | 84% |
| 실시예 2 | 92% | 92% |
| 실시예 3 | 97.5% | 94% |
| 실시예 4 | 98.4% | 93% |
| 실시예 5 | 98% | 94% |
| 실시예 6 | 98% | 91% |
| 실시예 7 | 96% | 90% |
상기 표 2의 결과로부터, 바텀애쉬를 1차 코팅하는 제설제 조성으로서 글리세린을 포함하지 않고 초산칼슘만을 사용하는 경우 부식방지성능이 떨어지고 융빙성능 또한 NaCl 대비 84% 정도에 그치는 결과만을 얻을 수 있음을 확인하였다(실시예 1).
이에 대하여 바텀애쉬를 1차 코팅하는 제설제 조성으로서 초산칼슘과 글리세린을 사용한 실시예들의 경우는 공히 부식방지성능이 향상되고 융빙성능 또한 NaCl 대비하여 90% 이상에 이르는 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다(실시예 2 내지 7).
다만, 1차 코팅되는 제설제 조성 중 글리세린의 함량이 과다한 경우(실시예 4)는 강재부식성이나 융빙성능 개선의 효과는 있으나, 표 1에 나타낸 것과 같이 건조시간이 길어지는 문제점이 발생됨을 확인할 수 있었다.
또한 2차 코팅시 알킬산나트륨의 사용량이 적은 경우(실시예 5) 또한 표 1에 기재한 것과 같이 건조시간이 길어지는 문제점이 발생됨을 확인할 수 있었다.
특히 2차 코팅시 알길산나트륨이 사용량이 과다한 경우는 건조시간이 더욱 길어지는 문제점이 발생되고, 그 결과 융빙성능이 저하되는 현상을 확인할 수 있었다(실시예 7).
이와 같은 실험결과 바텀애쉬에 초산칼슘과 글리세린을 일정 조성비로 포함하는 제설제 조성을 코팅하고, 여기에 알긴산나트륨을 적정량으로 코팅하는 경우 바텀애쉬 표면에 제설제가 안정화할 수 있어 건조시간을 단축시킬 수 있고 융빙성능을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (5)
- 바텀애쉬에 초산칼슘 및 글리세린을 포함하는 제설제 조성을 코팅하여 1차 코팅체를 제조하는 단계;
상기 1차 코팅체에 알긴산나트륨 용액을 코팅하여 2차 코팅체를 제조하는 단계; 및
상기 2차 코팅체를 건조하는 단계;를 포함하고,
1차 코팅체를 제조하는 단계는 제설제 조성 100중량%에 대하여 초산칼슘 80 내지 90중량% 및 글리세린 10 내지 20중량%를 포함하는 제설제 조성을 사용하고, 바텀애쉬 100중량부에 대하여 제설제 조성을 15 내지 20 중량부로 사용하여 수행되고,
2차 코팅체를 제조하는 단계는 알긴산나트륨을 초산칼슘과 글리세린 총량 100중량부에 대해 10 내지 15중량부 되도록 사용하여 수행되며,
건조하는 단계는 80 내지 100에서 30분 내지 1시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 친환경 제설제의 제조방법.
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| KR1020160070912A KR101794957B1 (ko) | 2016-06-08 | 2016-06-08 | 바텀애쉬를 이용한 친환경 제설제의 제조방법 |
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| KR101032041B1 (ko) * | 2010-10-26 | 2011-05-02 | 김은령 | 바텀애쉬 골재를 이용한 도로포장재 |
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