KR101983851B1

KR101983851B1 - 친환경 제설제 조성물

Info

Publication number: KR101983851B1
Application number: KR1020180060963A
Authority: KR
Inventors: 전호경
Original assignee: (주)하얀소금
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2019-05-30

Abstract

본 발명은 친환경 제설제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염화마그네슘 20~40중량%, 염화칼슘 5~10중량%, 헥사메타인산나트륨 3~7중량% 및 잔량의 염화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 금속 및 콘크리트에 대한 부식성이 낮으며, 초기 제설력, 속효성 및 지속성이 우수하고, 환경오염을 일으키지 않을 뿐 아니라, 고상으로 취급성 및 장기저장성이 우수하고, 제조비용 역시 낮아 친환경 제설제로서 상용화가 가능하다는 장점이 있다.

Description

친환경 제설제 조성물{ECO-FRIENDLY SNOW COMPOSITION FOR DEICER}

본 발명은 친환경 제설제 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 및 콘크리트 부식성이 낮고, 초기 제설력, 속효성, 지속성이 우수하며, 환경오염을 일으키지 않는 친환경 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 가격이 저렴한 염화칼슘(CaCl₂)이나 염화나트륨(NaCl)이 대표적이다. 상기 염화칼슘은 조해성이 뛰어난 물질로서, 주변의 수분을 흡수하여 제설작용을 일으킨다. 또한, 염화칼슘은 물에 용해될 때 발열반응을 일으키므로, 빠르고 효과적인 제설작업이 가능하다는 장점이 있다. 그리고 염화나트륨은 발열반응은 일으키지 않지만, 염화칼슘과 같이 수분을 흡수하여 용해되면서 어는점 내림 현상을 일으킨다. 이러한 현상으로 인해 염화나트륨과 염화칼슘은 제설 기능뿐 아니라, 재결빙 현상 또한 방지해 주는 저렴하고 효과적인 제설제이다.

그러나 이러한 염화칼슘이나 염화나트륨은 염소 이온(Cl^-)이 다량 존재하므로, 철(Fe)과 반응하면 급격히 염화철(FeCl₂)을 형성하여 자동차, 철근, 철골 등의 구조물을 심각하게 부식시킨다.

특히, 염화칼슘은 매우 빠른 속도로 철뿐만 아니라 콘크리트, 아스팔트 등도 부식시킴으로써 자동차, 교량은 물론, 모든 도로시설물의 수명을 단축시킨다. 또한, 물에 용해되어 하천 및 토양에 유입되면서 수질오염 및 토양의 산성화를 유발할 뿐 아니라, 도로변의 초목, 채소 등 식물을 고사시키고 동물의 발과 피부에 피부병, 가려움증을 유발하는 등 환경에 극심한 피해를 주는 원인으로 알려져 있다.

상기 염화칼슘의 문제점을 해결하기 위하여, 최근 염화칼슘보다는 독성이 적은 염화마그네슘(MgCl₂)을 염화칼슘과 함께 사용하고 있지만, 상기 염화마그네슘 역시 염소 이온으로 인한 부식성으로 인해 그 사용이 문제가 되고 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 염화물계 제설제가 개발되고 있는데, 그 중 하나로서 대한민국 등록특허 제10-1632412호에서는 염화물 100중량부, 구연산나트륨 3~10중량부, 메타규산나트륨 1~5중량부를 포함하되, 상기 염화물은 염화칼슘 및 염화나트륨이 1:0.5~1 중량비로 혼합된 제설제를 개시하고 있고, 대한민국 등록특허 제10-1316286호에서는 염화칼슘 10∼40중량%, 염화마그네슘 10∼40중량%, 글루콘산염 1∼10중량%, 아질산염 1∼10중량%, 물 5∼30중량%를 포함하는 제설제를 개시하고 있다.

그러나 상기 선행 특허에서의 제설제는 모두 염화칼슘을 10중량% 이상으로 포함함으로써, 환경오염을 야기한다는 단점이 있었다.

또한, 대한민국 등록특허 제10-0179334호에는 조개 껍질 가루와 초산을 이용한 비염화물계 제설제를 제조하는 방법에 대해 개시되어 있으나, 그 제조공정이 복잡하여 제조비용이 상승됨으로써, 상용화되기 어려운 단점이 있었다.

아울러, 대한민국 등록특허 제10-1793095호에서도 석회소성슬러지와 유기산이 반응하여 생성된 석회소성슬러지 반응물 100 중량부에 대하여, 초산칼륨 200~375 중량부, 동결성능 개선제 60~125중량부 및 융빙성능 확산제 60~100중량부를 포함하는 비염화물계 제설제를 제조하는 방법이 개시되어 있으나, 그 제조공정이 복잡하여 제조비용이 상승됨으로써, 상용화되기 어려운 단점이 있었다.

따라서, 종래 염화물계 제설제의 문제점을 해결할 수 있고, 실용화가 될 수 있을 정도의 경제성을 갖는 친환경 제설제의 개발이 요구되고 있다.

KR 10-1632412 B1 KR 10-1316286 B1 KR 10-0179334 B1 KR 10-1793095 B1

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 염화물계 제설제가 갖는 제반 문제점을 해소하기 위한 것으로, 금속 및 콘크리트에 대한 부식성이 낮으며, 초기 제설력, 속효성, 지속성이 우수하고, 환경오염을 일으키지 않는 친환경 제설제 조성물을 제공하는 데 있다.

또한, 제조비용이 낮고, 저장성 및 취급성이 우수한 고상의 친환경 제설제 조성물을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 친환경 제설제 조성물은, 염화마그네슘 20~40중량%, 염화칼슘 5~10중량%, 헥사메타인산나트륨 3~7중량% 및 잔량의 염화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 한다.

구연산나트륨 1~3중량% 및 초산칼륨 1~3중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아라비노오스(arabinose), 갈락토오스(galactose) 및 글루쿠론 산(glucuronic acid)을 포함하는 첨가제 1~5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 첨가제는, 상기 아라비노오스, 갈락토오스 및 글루쿠론 산을 1:0.8~1.2:0.3~0.6 중량비로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 친환경 제설제 조성물에 의하면, 금속 및 콘크리트에 대한 부식성이 낮으며, 초기 제설력, 속효성 및 지속성이 우수하고, 환경오염을 일으키지 않을 뿐 아니라, 고상으로 취급성 및 장기저장성이 우수하고, 제조비용 역시 낮아 친환경 제설제로서 상용화가 가능하다는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

종래, 제설제로서 염화칼슘, 염화나트륨 등의 염화물이 다량 사용되었으나, 이러한 염화칼슘 및 염화나트륨은 자동차, 철근, 콘크리트 구조물 등의 부식을 초래하는 등의 단점이 있었다 또한, 염화칼슘은 수질오염과 토양의 산성화를 초래하는 등 환경적으로도 많은 문제를 발생시켰다.

본 발명은 이러한 종래의 제설제가 갖는 문제를 해소하기 위한 것으로, 가장 특징적으로 조성물 내 염화칼슘의 함량을 10중량% 이하로 낮춰 환경오염을 방지하며, 헥사메타인산나트륨을 사용하여 부식방지 및 친환경성을 확보하면서도 우수한 융빙 성능을 갖도록 하는 것이다.

이러한 본 발명의 제설제 조성물은, 염화마그네슘 20~40중량%, 염화칼슘 5~10중량%, 헥사메타인산나트륨 3~7중량% 및 잔량의 염화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 상기 염화마그네슘(MgCl₂)은 조해성(공기 중에 노출되어 있는 고체가 수분을 흡수하여 녹는 현상)이 있으며, 수분과 반응해 어는점을 낮추고, 반응할 때 열을 발생한다. 즉, 친환경 제설제 조성물에서 어는점을 강하시켜 눈 또는 얼음을 녹이는 융빙제로 사용된다. 영하의 날씨에 눈이 내려 얼어붙은 길에 염화마그네슘을 뿌리면 염화마그네슘은 주위에 풍부한 수분을 자기 주변으로 끌어오고 그 수분에 의해 얼음이 녹는 것이다. 상기 염화마그네슘은 어는점 내림 현상에 의해 순수한 물보다 어는점이 낮아지게 된다. 보통 물은 0℃에서 얼기 시작하지만 염화마그네슘 용액은 더 낮은 온도에서 얼기 시작한다. 더 많은 염화마그네슘이 녹아있을수록 어는점이 더 낮아지고 염화마그네슘을 뿌린 주변의 얼음들이 녹게 된다. 염화마그네슘은 이와 같은 원리에 의해 융빙제로 사용된다.

상기 염화마그네슘은 조성물 내 20~40중량%로 포함됨이 바람직한데, 그 함량이 너무 적으면 융빙제로서의 역할이 미미하고, 과량이 되면 부식성이 강해지기 때문이다.

상기 염화칼슘(CaCl) 역시 공기 중 수분을 흡수하는 조해성이 강한 성질을 갖고 있으며, 공용점이 매우 낮아 물의 어는점을 낮추는 역할을 한다. 그리고 물과의 용해시 발열반응을 하므로 저온에서 눈과 얼음을 잘 녹이는 특징을 가지고 있다. 즉, 눈과 얼음이 덮여있는 노면에 염화칼슘을 뿌리면 염화칼슘은 주위 수분을 흡수하여 녹기 시작하며, 녹는 과정에서 발열하고, 발열로 인해 융빙이 촉진되므로 더 많은 양의 눈과 얼음을 녹이고 용해된다. 그리고 상기 녹은 수용액의 어는 점을 최고 -51℃ 이하로 낮추게 된다. 그러므로 본 발명의 융빙성, 특히 초기 융빙성 강화를 위해 염화칼슘이 사용되는 것이다.

다만, 상기 염화칼슘은 부식성이 매우 강한 단점이 있는바, 이를 과량 포함하면 친환경이라 할 수 없다. 따라서, 상기 염화칼슘은 조성물 내 10중량% 이하, 바람직하게 5~10중량%로 포함됨이 바람직하다.

그리고 상기 염화나트륨(NaCl)은 소금으로, 특히 제설용 소금은 천일염을 주로 지칭하는 것이다. 본 발명에서는 산업용 염화나트륨을 사용한다. 상기 염화나트륨은 물에 용해되어 어는점을 -21℃까지 강하시킴으로써, 눈을 녹이고 결빙을 방해하는 융빙제의 역할을 장시간 수행한다. 그리고 상기 염화나트륨은 염화칼슘에 비해 포화용해도가 약 15배이기 때문에 염화칼슘보다 더 효율적이다.

상기 염화나트륨은 조성물 내 잔량으로 포함된다.

상기 헥사메타인산나트륨은 부식방지제로서 사용되는 것으로, 종래 염화나트륨, 염화칼슘 등으로 구성된 제설제는 금속 부식성이 아주 높은 단점이 있었는바, 본 발명은 상기 헥사메타인산나트륨을 통해 이를 개선하는 것이다.

상기 헥사메타인산나트륨[sodium hexaneta phosphate(NaPO₂)₆]은 조해성이 있고, 습윤한 공기 중에서 느리게 점조한 액상상태로 변하는 성질이 있는 것으로, 용해도가 크며, 천천히 녹고, 흡습성이 강한 특성이 있다. 그리고 1% 수용액의 pH는 5.0~6.8이고, 환상구조이며, 인산염 중 이온 봉쇄력이 매우 크고, 완충작용, 이온강도증강력, 세척작용제로서 일반식품에도 사용되는 조성물이다. 그리고 칼슘과의 착염 형성 능력이 인산염 중 가장 강한 특징이 있고, 수용액은, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Ba² ⁺, Cu²⁺, Fe³ ⁺등과 착이온을 만들고, 이온의 활성을 봉쇄한다. 본 발명에서는 금속부식방지제는 물론, 생분해제로서 사용된다. 즉, 상기 헥사메타인산나트륨은 물에 잘 녹아 살포 후 토양에 잘 흡수되고, 녹은 헥사메타인산나트륨은 금속 등의 구조물 표면에 피막을 형성하는데, 구조물 표면에 형성된 피막은 제설제의 성분인 염소 이온(C1^-)을 차단함으로써, 금속이 부식되는 것을 방지하는 것이다.

상기 헥사메타인산나트륨은 조성물 내 3~7중량%의 비율로 포함되는 것이 바람직한데, 그 조성비가 3중량% 미만이면 염소이온에 의한 금속의 부식을 방지할 수 없고, 7중량%를 초과하면 과잉 착염 형성으로 불용분이 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 제설제 조성물은 구연산나트륨 1~3중량% 및 초산칼륨 1~3중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구연산나트륨(Na₃C₆H₅O₇ㆍ2H₂O)은 부식방지제로서 사용되는 것으로, 구조물의 표면에 산화피막을 형성하여 염소이온으로 인한 부식을 막아주는 역할을 한다. 더욱 구체적으로는 눈이나 얼음에 의해 녹은 구연산나트륨은 구연산 이온과 나트륨 이온으로 분리되는데, 구연산 이온은 금속 등의 구조물 표면을 산화시켜 산화 피막을 형성한다. 따라서, 이러한 산화 피막은 제설제의 성분 중 하나인 염소 이온과의 직접 접촉을 차단시킴으로써 부식을 억제하는 것이다. 아울러, 이러한 구연산나트륨은 토양 내에서 쉽게 분해가 가능하여 환경오염을 최소화한다는 장점도 있다.

상기 구연산나트륨은 조성물 내 1~3중량%로 포함되는데, 그 조성비가 1중량% 미만이면 부식방지제로서의 효과가 미미하고, 3중량%를 초과하면 경제적이지 못하기 때문이다.

상기 초산칼륨(CH₃COOK)은 결빙방지는 물론, 염화 이온에 의한 금속의 부식 방지를 위한 첨가물로서, 환경오염의 우려가 없으며, 오히려 토양생물의 생존에 도움이 되어 토양비옥화에 도움이 되는 성분으로, 초산 이온은 박테리아에 의해 생분해되고, 칼륨 이온은 토양생물의 영양분이 되기 때문이다.

상기 초산칼륨은 조성물 내 1~3중량%로 포함되는데, 그 조성비가 1 중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 3중량%를 초과하면 경제적이지 못하기 때문이다.

또한, 본 발명의 친환경 제설제 조성물은, 아라비노오스(arabinose), 갈락토오스(galactose) 및 글루쿠론 산(glucuronic acid)을 포함하는 첨가제 1~5중량%를 더 포함함으로써, 융빙 성능을 높이고, 금속의 부식을 방지할 수 있다.

상기 아라비노오스, 갈락토오스, 글루쿠론 산은 물에 녹으면 점성이 생기고 침전이 되지 않는다는 특징이 있어, 융해 지속성을 높여주면서도, 염소 이온에 의한 콘크리트 및 금속의 부식을 방지해주는 효과가 있다.

특히, 상기 아라비노오스, 칼락토오스 및 글루쿠론 산은 각각을 단독으로 사용하는 것에 비해, 혼합 사용할 경우 더욱 우수한 효과를 나타내는 것으로, 상기 아라비노오스, 갈락토오스 및 글루쿠론 산을 1:0.8~1.2:0.3~0.6 중량비로 포함하는 것이 바람직하나, 이를 반드시 제한하는 것은 아니다.

상기 첨가제는 조성물 내 1~5중량%로 포함됨이 바람직한데, 그 함량이 1중량% 미만이면 그 효과가 미미하고, 5중량%를 초과하면 오히려 융빙 성능이 저하되기 때문이다.

이러한 제설제 조성물의 제조방법은 통상 공지된 방법에 따르는바, 각 성분, 즉 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화나트륨, 헥사메타인산나트륨, 구연산나트륨, 초산칼륨, 첨가제 등을 앞서 설명한 조성으로 리본믹서기를 5~15분간 혼합하는 정도면 족하다.

한편, 본 발명에 따른 고상의 친환경 제설제는 지름이 5~8mm인 입자 20~30중량%, 지름이 3~5mm인 입자 20~30중량% 및 지름이 1~3mm인 입자 40~60중량%로 구성됨이 더욱 바람직한바, 이러한 입자를 갖도록 하면 더욱 우수한 초기 제설력, 속효성 및 지속성을 갖기 때문이다.

이러한 입자로의 성형은 공지된 방법에 따르는바, 상기와 같이 리본믹서기를 이용하여 혼합한 혼합물을 그레뉼 형상의 압축롤러로 성형하고, 선별기에 투입하여 입자별로 선별하는 정도면 족하다.

상기와 같은 본 발명의 친환경 제설제 조성물은 앞서 설명된 바와 같이, 금속 및 콘크리트에 대한 부식성이 낮으며, 초기 제설력, 속효성 및 지속성이 우수하고, 환경오염을 일으키지 않을 뿐 아니라, 고상으로 취급성 및 장기저장성이 우수하고, 제조비용 역시 낮아 친환경 제설제로서 상용화가 가능하다는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예를 통해 구체적으로 설명한다.

(실시예 1 내지 3 및 비교예 1, 2)

실시예 1 내지 3, 비교예 1, 2는 하기 표 1과 같은 조성의 성분을 리본믹서기로 10분간 혼합하여 제조하였다.

실시예들 및 비교예들의 조성비(단위:중량%)

구분	염화 마그네슘	염화 칼슘	염화 나트륨	헥사메타인산나트륨	구연산 나트륨	초산칼슘	첨가제
실시예 1	30	7	58	5	-	-	-
실시예 2	30	7	55	5	1.5	1.5
실시예 3	30	7	52	5	1.5	1.5	3
비교예 1	30	10	60	-	-	-	-
비교예 2	30	30	40	-	-	-	-

여기서, 상기 첨가제는 아라비노오스, 갈락토오스 및 글루쿠론 산을 1:1:0.5 중량비로 포함하는 것을 사용하였다.

(시험예 1)

유해원소 함량 시험

상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 제설제 조성물에 대한 유해원소 함량 시험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보았다. 시험방법은 ICP분석 시험방법을 이용하여 유해원소 시험을 실시하였다.

그 결과 실시예 1 내지 3의 조성물은 모든 항목에서 유해원소가 하기 표 2의 기준치 이하임을 확인하였다.

유해원소 기준치(EL.610)

항목	납(Pd)	비소(As)	카드뮴(Cd)	수은(Hg)	크로뮴(Cr)	구리(Cu)	니켈(Ni)	아연(Zn)
기준	5 이하	2.5 이하	0.05 이하	0.05 이하	15 이하	20 이하	2.5 이하	50 이하

(시험예 2)

강제부식성 시험

실시예 1 내지 3, 비교예 1 및 2를 각각 30% 농도의 수용액으로 제조하고, 각각의 수용액에 동일한 크기의 알루미늄 시험편을 침지시킨 후, 1, 2주 경화 후의 무게손실률을 측정하였다. 부식손실률은 대조군인 시약용 염화나트륨 대비 부식손실율로 계산하였다.

그리고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

시험예 2 결과(단위: %)

구분	1주	2주
실시예 1	22.25	23.12
실시예 2	20.24	21.10
실시예 3	18.21	19.52
비교예 1	31.21	33.15
비교예 2	34.53	36.25

상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3은 모두 부식손실율이 30% 미만으로 우수함을 확인할 수 있었다. 이에 반하여, 비교예 1, 2는 부식손실율이 30%를 초과함을 확인할 수 있었다.

(시험예 3)

물불용분 시험

증류수 250g에 시료 100g을 용해시킨 후, 필터링으로 남은 잔량의 시료대비 무게율(%)로 물불용분을 시험하였다.

그리고 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

시험예 3 결과(단위: %)

구분	물불용분
실시예 1	0.78
실시예 2	0.80
실시예 3	0.71
비교예 1	0.52
비교예 2	0.55

상기 표 4에서와 같이, 실시예 1 내지 3과 비교예 1, 2는 모두 물불용분이 1.0% 이하임을 확인할 수 있었다.

(시험예 4)

융빙성능 시험

영하 3℃, 영하 12℃에서 15분, 30분, 60분 동안의 융빙량을 측정하였다. 융빙성능은 대조군인 시약급 염화나트륨 100% 대비 또는 시약급 염화나트륨 70%+염화칼슘 30% 대비 융빙성능으로 계산하였다.

그리고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

시험예 4 결과(단위: %)

구분	영하 3℃ (염화나트륨 100% 대비)			영하 12℃ (염화나트륨 70%+염화칼슘 30% 대비)
구분	15분 경과	30분 경과	60분 경과	15분 경과	30분 경과	60분 경과
실시예 1	103	109	114	101	103	107
실시예 2	105	110	116	103	104	109
실시예 3	105	117	127	103	116	126
비교예 1	98	100	105	99	102	103
비교예 2	102	104	105	101	102	102

상기 표 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 3은 모두 100 이상으로 융빙성능이 우수함을 확인할 수 있었다.

본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims

염화마그네슘 20~40중량%에 대하여 염화칼슘 5~10중량%, 헥사메타인산나트륨 3~7중량% 및 구연산나트륨 1~3중량% 및 초산칼륨 1~3중량%, 잔량의 염화나트륨을 포함하며;
지름이 5~8mm인 입자 20~30중량%, 지름이 3~5mm인 입자 20~30중량% 및 지름이 1~3mm인 입자 40~60중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 친환경 제설제 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
아라비노오스(arabinose), 갈락토오스(galactose) 및 글루쿠론 산(glucuronic acid)을 포함하는 첨가제 1~5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 제설제 조성물.
제3항에 있어서,
상기 첨가제는,
상기 아라비노오스, 갈락토오스 및 글루쿠론 산을 1:0.8~1.2:0.3~0.6 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 제설제 조성물.