KR102017527B1 - 친수성 겔 형태의 비산먼지 억제제 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비산먼지를 억제할 수 있는 비산먼지 억제제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 수분 증발 억제 및 보습성을 위한 오일 성분; 점성을 위한 점성 성분; 수용성 겔화를 촉진하기 위한 겔화 개선제; 유화 및 분산을 위한 계면활성제; 및 비산먼지의 응집을 위한 무기계 화합물을 포함하는 비산먼지 억제제 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 물과의 혼합(희석)에 의해 친수성 겔 형태로 변화되어 우수한 비산먼지 억제 효과 및 지속성 등을 가지며, 원액 대비 물의 희석 배율이 높아 소량의 원액으로도 넓은 면적에 대해 대량 분사가 가능하다.

Description

친수성 겔 형태의 비산먼지 억제제 및 그 제조방법 {COMPOSITION OF HYDROPHILIC GEL TYPE FOR INHIBITING SCATTERING DUST AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 비산먼지를 억제하기 위한 비산먼지 억제제 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 물과의 혼합(희석)에 의해 친수성 겔 형태로 변화되어 우수한 비산먼지 억제 효과 및 지속성 등을 가지며, 원액 대비 물의 희석 배율이 높아 소량의 원액으로도 넓은 면적에 대해 대량 분사가 가능한 친수성 겔 형태의 비산먼지 억제제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

비산먼지는 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질(粒子狀物質)로서, 일정한 배출구 없이 대기 중으로 직접 배출되는 물질로 정의되며, 이는 통상 비산분진 또는 날림먼지라고도 한다. 비산먼지는 일반 도로에서는 물론, 각종 산업현장 등의 인간 생활권 거의 전역에 걸쳐 발생된다. 비산먼지는, 예를 들어 시멘트, 석탄, 토사 및 골재 등의 공장(야적장), 운동장, 광산, 도로공사 현장 및 건설 현장 등에서 다량 발생된다.

대기 중에 부유하는 비산먼지는 마이크로미터 크기의 미세먼지(micro dust)를 포함하고 있으며, 일반적으로 입자 크기(직경)에 따라 다음과 같이 구분되고 있다.

- TSP(Total Suspended Particles) : 크기가 50㎛ 이하인 대기 중에 부유하는 총먼지

- PM10(Particulate Matter 10) : 크기가 10㎛ 이하인 미세먼지

- PM2.5(Particulate Matter 2.5) : 크기가 2.5㎛ 이하인 초미세먼지

비산먼지는 적어도 인체에 유해하다. 특히, 10㎛ 이하의 미세먼지는 눈에 보이지 않을 만큼 작기 때문에 호흡기를 거쳐 체내로 쉽게 유입될 수 있다. 체내로 유입된 미세먼지는 기관지나 폐포 부위에 침착되어 폐의 기능을 떨어뜨리고, 인체의 면역 기능을 저하시킨다. 세계보건기구(WHO)는 미세먼지(PM10, PM2.5)에 대한 대기질 가이드라인을 1987년부터 제시해 왔고, 2013년에는 세계보건기구 산하의 국제 암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer)에서 미세먼지를 1군 발암물질(Group 1)로 지정하였다.

미세먼지 발생원은 자연적인 것과 인위적인 것으로 구분되고 있다. 자연적 발생원은 흙먼지, 바닷물에서 생기는 소금, 식물의 꽃가루 등이 있다. 또한, 인위적 발생원은 보일러나 발전시설 등에서 석탄 및 석유 등의 화석연료를 태울 때 발생하는 매연, 자동차 배기가스, 건설현장 등에서 발생하는 날림먼지, 공장 내 분말형태의 원자재, 부자재 취급공정에서의 가루성분 및 소각장 연기 등이 있다.

비산먼지를 억제하는 방법으로는 물을 분사(살수)하는 방법이 전형적이며, 이는 또한 가장 저렴한 방법이다. 그러나 물 분사(살수)는 물 사용량에 비해 비산먼지 억제 효과가 떨어지고, 겨울철에는 분사 후 결빙하여 작업자들에게 낙상 등의 위험성이 증가되며, 여름철에는 물의 빠른 증발로 인해 지속적으로 다량을 분사하여야 하는 불편함이 있다.

이에, 비산먼지를 억제하기 위한 여러 가지 방안이 제안되었으며, 대표적으로는 비산먼지 억제제를 분사(살포)하는 방법이다. 비산먼지 억제제는 물 분사와 비교하여 적어도 지속성 등이 높은 이점이 있다. 대부분의 비산먼지 억제제는 염화마그네슘(MgCl₂)이나 염화칼슘(CaCl₂) 등의 무기계 화합물을 주성분으로 하고 있으며, 이는 제품화되어 상용화되어 있다. 이와 관련하여, 한국 등록특허 제10-0494538호, 한국 등록특허 제10-1057107호 및 한국 등록특허 제10-1561583호 등에는 염화마그네슘(MgCl₂)이나 염화칼슘(CaCl₂)을 주성분으로 하는 비산먼지 억제제가 제시되어 있다.

일반적으로, 비산먼지 억제제는 물에 혼합(희석)하여 사용하고 있는데, 염화마그네슘(MgCl₂)이나 염화칼슘(CaCl₂)을 이용한 종래의 비산먼지 억제제는 물의 희석 배율이 많은 경우 비산먼지 억제 효과가 낮다. 이에, 원액 대비 물의 사용량을 작게 하거나 여러번에 걸쳐 분사해야 하는데, 이 경우 경제성이 떨어지고 작업량이 많다. 또한, 원액 대비 물의 사용량이 작아 염화마그네슘(MgCl₂) 등의 농도가 높거나 많은 양을 사용하는 경우, 토양의 염분도를 증가시켜 식물의 생장을 방해하고 토양의 산성화를 일으키는 문제점이 있다. 아울러, 염화마그네슘(MgCl₂) 등의 농도가 높은 경우 분사 장비의 부식도 유발할 수 있다.

한편, 토양의 오염을 방지하기 위해 한국 등록특허 제10-0748156호에서는 식물성 유지나 동물성 유지를 이용한 비산 방지용 천연 도포제의 조성물을 제안하였다. 그러나 이는 물과 희석하지 않고 식물성 유지나 동물성 유지를 단독으로 사용함으로 인해, 토양의 표면에 두꺼운 피막을 형성하여 토양의 피막화에 따른 식물의 생장을 방해할 수 있다. 또한, 동물성 유지의 경우, 여름철에 기온이 높아지면 동물성 유지가 부패되어 악취를 발생시키는 문제점이 있다.

한국 등록특허 제10-0494538호 한국 등록특허 제10-1057107호 한국 등록특허 제10-1561583호 한국 등록특허 제10-0748156호

이에, 본 발명은 개선된 비산먼지 억제제 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

하나의 실시형태에 따라서, 본 발명은 물과의 혼합(희석)에 의해 친수성 겔 형태로 변화되어 우수한 비산먼지 억제 효과 및 지속성 등을 가지며, 원액 대비 물의 희석 배율이 높아 소량의 원액으로도 넓은 면적에 대해 대량 분사가 가능한 비산먼지 억제제 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기 비산먼지 억제제의 사용방법을 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

비산먼지를 억제시키는 비산먼지 억제제로서,

수분 증발 억제 및 보습성을 위한 오일 성분;

점성을 위한 점성 성분;

유화 및 분산을 위한 계면활성제; 및

비산먼지의 응집을 위한 무기계 화합물을 포함하는 비산먼지 억제제를 제공한다.

하나의 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 상기 오일 성분 15 ~ 50중량%; 상기 점성 성분 10 ~ 50중량%; 상기 계면활성제 2 ~ 25중량%; 및 상기 무기계 화합물 2.5 ~ 15중량%를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 겔화 개선제 0.5 ~ 5중량%를 더 포함하고, 물과의 혼합에 의해 친수성 겔 형태로 변화될 수 있다. 상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제 및 양성이온성(양쪽성) 계면활성제로부터 선택될 수 있다. 아울러, 상기 무기계 화합물은 황산알루미늄을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은,

비산먼지를 억제시키는 비산먼지 억제제의 제조방법으로서,

수분 증발 억제 및 보습성을 위한 오일 성분과, 유화 및 분산을 위한 계면활성제를 혼합 교반하면서 점성을 위한 점성 성분을 적하하여 상온에서 혼합 교반하는 제1단계;

상기 제1단계에서 얻어진 혼합물을 50℃ ~ 70℃로 승온한 다음, 비산먼지의 응집을 위한 무기계 화합물을 첨가하여 교반하는 제2단계; 및

상기 제2단계에서 얻어진 혼합물을 상온으로 냉각하는 제3단계를 포함하는 비산먼지 억제제의 제조방법을 제공한다.

아울러, 본 발명은 상기 비산먼지 억제제를 물과 혼합하여 800 ~ 2,500cps의 점도를 가지는 친수성 겔을 얻은 다음, 상기 친수성 겔을 피처리물에 분사하여 사용하는 비산먼지 억제제의 사용방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 물과의 혼합(희석)에 의해 친수성 겔 형태로 변화되어 우수한 비산먼지 억제 효과 및 지속성 등을 가지는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 원액 대비 물의 희석 배율이 높아 소량의 원액으로도 넓은 면적에 대해 대량 분사가 가능한 효과를 갖는다. 아울러, 소량의 원액이 사용되어 높은 경제성을 가지는 효과가 있다.

도 1은 비산먼지 억제능을 알아보기 위한 실험 사진으로서, 풍속을 가한 후의 사진이다.
도 2는 대조군 대비 비산먼지 비율(%)을 보인 그래프이다.
도 3은 물 분사 대비 비산먼지 저감효율(%)을 보인 그래프이다.

본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.

본 발명은 제1형태에 따라서, 비산먼지를 억제시키는 비산먼지 억제제를 제공한다. 본 발명은 제2형태에 따라서, 상기 비산먼지 억제제의 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 제3형태에 따라서, 상기 비산먼지 억제제의 바람직한 사용방법을 제공한다.

본 발명에서, 「비산먼지」는 당업계에서 통용되는 입자상 물질로서, 이는 대기 중에 부유하는 일반 분진은 물론 TSP(Total Suspended Particles), PM10(Particulate Matter 10) 및 PM2.5(Particulate Matter 2.5) 등과 같은 미세먼지 등을 포함한다. 비산먼지는, 예를 들어 연기, 꽃 가루, 석탄 가루, 돌 가루, 흙 가루, 석고 가루, 시멘트 가루 및/또는 콘크리트 가루 등의 분체를 포함한다.

또한, 본 발명에서, 처리 대상이 되는 피처리물, 즉, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제가 적용(예, 분사 등)되는 피처리물은, 비산먼지가 발생된 처리 대상물, 및/또는 비산먼지가 발생되려는 처리 대상물을 포함한다. 상기 피처리물은 대기를 포함하며, 이는 또한 예를 들어 일반 도로(포장 및 비포장 도로), 산림 도로 및 목재 운반 도로 등의 각종 도로; 석탄, 석고보드, 제철, 콘크리트 및 시멘트 공장 등의 야적장; 광산, 건설 현장 및 도로공사 현장 등의 각종 산업 현장; 나무, 꽃 및 과수 등의 각종 식물이 재배되는 토양; 동물 사육장; 및/또는 기타 비산먼지 발생 지면; 등을 들 수 있다.

본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 적어도 비산먼지를 억제(방지)하기 위한 비산먼지 억제용 조성물로서, 친수성(또는 수용성)이다. 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 친수성의 액상 제형을 갖거나, 소정의 점도를 가지는 친수성 겔 형태의 제형을 가지며, 예를 들어 상온에서 50 ~ 500cps(centi-poise)의 점도를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 피처리물(예, 석탄 야적장 등)에 적용 시, 물과 혼합(희석)하여 사용된다. 이때, 물과의 혼합(희석)에 의해, 친수성 겔 형태로 변화될 수 있다. 즉, 물과 혼합되면, 액상 또는 소정 점도의 겔 제형에서 500cps 이상으로 점도가 높아진 고점도의 친수성 겔 형태로 변화될 수 있다.

본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 비산먼지를 억제(방지)하기 위한 유효성분으로서, 수분 증발 억제 및 보습성을 위한 오일 성분; 점성을 위한 점성 성분; 유화 및 분산을 위한 계면활성제; 및 비산먼지의 응집을 위한 무기계 화합물을 포함한다. 다른 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 상기 성분들 이외에, 수용성 겔화를 촉진하기 위한 겔화 개선제를 더 포함할 수 있다.

상기 오일 성분은 수분 증발 억제 기능과 보습성을 지닌 오일로서, 이는 식물유, 광유 및 지방산 등을 포함한다. 상기 오일 성분은, 예를 들어 동백유(Camellia Oil), 유채유(Apeseed Oil), 미강유(Rice bran Oil), 액상 파라핀(Liquid Paraffin), 시어 버터(Shea Butter), 올레인산(Oleic Acid) 및 스테아릭산(Stearic Acid) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 나열한 오일 성분들은 우수한 수분 증발 억제 기능과 보습성을 가짐은 물론 용해력 등이 양호하여 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있다.

상기 오일 성분은 비산먼지 억제제 전체 중량 기준(100중량%)으로 15 ~ 50중량%로 포함될 수 있다. 이때, 오일 성분이 15중량% 미만인 경우에는 수분 증발 억제 기능과 보습성 등이 미미할 수 있으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 분산성이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 오일 성분은 25 ~ 45중량%로 포함되는 것이 좋다.

상기 점성 성분은 점성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 점성 성분은 우수한 점성과 함께 비산먼지에 대한 흡착력 및 점착력 등을 가지는 것으로서, 친수성 고분자(Hydrophilic polymer) 및/또는 천연 다당류(Natural polysaccharide)로부터 선택되는 것이 좋다. 상기 점성 성분은, 바람직하게는 점성과 함께 비산먼지의 효과적인 응집을 위해, 친수성 고분자와 천연 다당류의 혼합을 사용하는 것이 좋다. 구체적으로, 상기 점성 성분은 친수성 고분자로부터 선택된 1종 이상의 고분자와, 천연 다당류로부터 선택된 1종 이상의 다당류를 포함하는 것이 좋다.

상기 친수성 고분자는 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate), 에멀젼 폴리아크릴아미드(Emulsion Polyacryl amide, EPAM) 및 초산비닐 코폴리머(Vinylacetate copolymer) 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 천연 다당류는 히알루론산(Hyaluronic Acid), 젤란 검(Gellan Gum), 잔탄 검(Xanthan Gum), 아가 검(Agar Gum), 당밀(syrup), 솔비톨(Sorbitol) 및 전분(Starch) 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 전분은 고구마 전분 및/또는 옥수수 전분 등을 예로 들 수 있다.

상기 점성 성분은 비산먼지 억제제 전체 중량 기준(100중량%)으로 10 ~ 50중량%로 포함될 수 있다. 이때, 상기 점성 성분이 10중량% 미만인 경우에는 점성 및 흡착력 등이 미미할 수 있으며, 50중량%를 초과하는 경우에는 점성이 너무 높아져 각 성분들의 분산성이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 점성 성분은 15 ~ 40중량%로 포함되는 것이 좋다. 상기 점성 성분은, 바람직한 실시형태에 따라서 비산먼지 억제제 전체 중량 기준(100중량%)으로 상기 나열한 바와 같은 친수성 고분자 10 ~ 25중량%와, 상기 나열한 바와 같은 천연 다당류 5 ~ 20중량%로 포함하는 것이 좋다.

상기 계면활성제는 비산먼지 억제제를 구성하는 각 성분들의 유화 및 분산을 위한 것으로서, 이는 양이온성, 양성이온성(양쪽성) 및/또는 비이온성 계면활성제 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 계면활성제에 의해 각 성분들이 유화 및 분산되며, 이와 함께 물과 혼합(희석)하여 분사 시 거품을 발생하여 비산먼지 억제능이 개선될 수 있다.

상기 계면활성제는 비산먼지 억제제 전체 중량 기준(100중량%)으로 2 ~ 30중량%로 포함될 수 있다. 이때, 상기 계면활성제가 2중량% 미만인 경우에는 유화 및 분산 기능이 미미할 수 있으며, 30중량%를 초과하는 경우에는 물과 혼합(희석) 시 과도한 거품이 발생되고 친수성 겔의 점도가 낮아져 비산먼지 억제능에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 고려할 때, 상기 계면활성제는 12 ~ 25중량%로 포함되는 것이 좋다.

바람직한 실시형태에 따라서, 상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제 및 양성이온성(양쪽성) 계면활성제로부터 선택되는 것이 좋다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 계면활성제로서 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제를 사용하는 경우, 비이온성 계면활성제나 음이온성 계면활성제를 사용하는 경우보다 유화 및 분산에 유리하며, 이는 특히 정전기 발생을 억제할 수 있어 본 발명에 바람직하다. 예를 들어, 석탄 등과 같은 야적물은 정전기 발생에 의해 자연 발화될 수 있다. 이에 따라, 석탄 등의 피처리물에 적용하는 경우, 상기 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제에 의해 정전기 발생이 억제되어 자연 발화를 방지할 수 있다.

상기 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제는 베타인(Betaine) 및 4급 암모늄염(Quaternary Ammonium Salts) 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제는, 구체적인 예를 들어 코카미도프로필베타인(Cocamidopropyl betaine), 디소듐 코코암포디아세테이트(Disodium cocoamphodiacetate), 코코암포카복시글리시네이트(Cocoamphocarboxyglycinate), 라우릴 베타인(Lauryl betaine), 라우라미도프로필 베타인(Lauramidopropyl betaine), 라우릴하이드록시설테인(Lauryl hydroxysultaine), 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate), 베헨트리모늄 메토설페이트(Behentrimonium methosulfate), 스테아르트리모늄 메토설페이트(Steartrimonium methosulfate), 디스테아릴디모늄 클로라이드(Distearyl dimonium chloride), 스테아랄코늄 클로라이드(Stearalkonium chloride) 및 라우랄코늄 클로라이드(Lauralkonium chloride) 등으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기 계면활성제는, 바람직하게는 상기 나열한 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제 중에서도 코카미도프로필베타인(Cocamidopropyl betaine) 및 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate)를 사용하는 것이 좋다. 이들은 상기 오일 성분과 점성 성분 등을 양호하게 유화 및 분산시키면서 정전기 발생을 효과적으로 억제할 수 있으며, 가격면에서도 유리하다.

또한, 상기 무기계 화합물은 비산먼지를 응집시킬 수 있는 것으로서, 이는 예를 들어 황산알루미늄[Al₂(SO₄)₃] 및/또는 물유리(water glass)인 규산나트륨[Na₂SiO₃] 등으로부터 선택될 수 있다. 이때, 본 발명에서, 상기 황산알루미늄[Al₂(SO₄)₃]과 규산나트륨[Na₂SiO₃]은 이들의 수화물을 포함한다.

상기 무기계 화합물은 비산먼지 억제제 전체 중량 기준(100중량%)으로 2.5 ~ 15중량%로 포함될 수 있다. 이때, 상기 무기계 화합물이 2.5중량% 미만인 경우에는 비산먼지의 응집 기능이 미미할 수 있으며, 15중량%를 초과하는 경우에는 과잉 첨가에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고 분산성이 떨어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 상기 무기계 화합물은 황산알루미늄을 적어도 포함하고, 상기 황산알루미늄은 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로 3 ~ 10중량%로 포함되는 것이 좋다. 본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 황산알루미늄은 다른 무기계 화합물에 비해 비산먼지에 대한 응결(Coagulation) 및 응집(Flocculation) 기능이 매우 우수하여 비산먼지를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 상기 황산알루미늄이 3중량% 이상으로 포함되는 경우에 비산먼지에 대한 우수한 응결 및 응집 기능을 갖는다. 그러나 황산알루미늄의 함량이 10중량%를 초과하여 너무 높은 경우 분산성이 떨어지고, 장기간 보관 시 침전이 발생되어 저장 안정성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 상기 무기계 화합물은 황산알루미늄을 포함하되, 상기 황산알루미늄은 3 ~ 10중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기한 바와 같은 이유로 황산알루미늄은 5 ~ 8중량%로 포함되는 것이 좋다.

상기 겔화 개선제는 물과의 혼합 시 친수성(수용성) 겔 형태로의 변화를 촉진시키는 것으로서, 이는 예를 들어 상기 오일 성분 및/또는 점성 성분을 가교시키는 가교성 화합물로부터 선택될 수 있다. 이러한 겔화 개선제는 상기 오일 성분 및/또는 점성 성분 등의 종류에 따라 적절한 화합물로부터 선택될 수 있다.

바람직한 실시형태에 따라서, 상기 겔화 개선제는 글리시딜 에테르(Glycidyl Ether) 및 하기 화학식으로 표시되는 에스테르계 화합물로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다.

[화학식]

(위 화학식에서, R¹과 R²는 서로 같거나 다르며, 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이다.)

상기 글리시딜 에테르(Glycidyl Ether)는, 예를 들어 에탄디올 디글리시딜 에테르(Ethanediol Diglycidyl Ether) 및 부탄디올 디글리시딜 에테르(Butanediol Diglycidyl Ether) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 이러한 글리시딜 에테르는, 예를 들어 상기 점성 성분이 히알루론산이나 검류 등의 천연 다당류를 포함하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 화학식의 에스테르계 화합물은, R¹과 R²가 메틸기 또는 에틸기인 글리옥실산 에스테르계 화합물을 예로 들 수 있다. 상기 화학식의 에스테르계 화합물은, 예를 들어 상기 점성 성분이 친수성 고분자를 포함하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 겔화 개선제는 겔 형태로의 변화를 촉진하고, 이와 함께 피처리물에 분사된 후 상기 점성 성분이 경질의 경화막을 형성하게 하여 비산먼지 억제능을 개선할 수 있다.

상기 겔화 개선제는 비산먼지 억제제 전체 중량 기준(100중량%)으로 0.5 ~ 5중량%로 포함될 수 있다. 이때, 상기 겔화 개선제가 0.5중량% 미만인 경우에는 이의 첨가에 따른 효과가 미미하고, 5중량%를 초과하는 경우 점도가 너무 높아질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 상기 첨가제는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있다. 상기 첨가제는, 예를 들어 산화방지제, 동결 방지제, 소포제, 분산제 및/또는 색상제 등으로부터 선택될 수 있으며, 이들은 비산먹지 억제능을 저하시키지 않는 범위에서 적정량 첨가될 수 있다. 상기 첨가제는, 예를 들어 0.001 ~ 5.0중량%로 각각 포함될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제의 제조방법은, 상기 오일 성분과 계면활성제를 혼합 교반하면서 상기 점성 성분을 적하하여 상온에서 혼합 교반하는 제1단계; 상기 제1단계에서 얻어진 혼합물을 50℃ ~ 70℃로 승온한 다음, 무기계 화합물을 첨가하여 교반하는 제2단계; 및 상기 제2단계에서 얻어진 혼합물을 상온으로 냉각하는 제3단계를 포함한다. 또한, 다른 실시형태에 따라서, 상기 제1단계 및/또는 제2단계에서는 상기 겔화 개선제를 더 첨가하여 교반을 진행할 수 있다.

상기 제1단계에서는 상온에서 3 ~ 6시간 동안 교반을 진행할 수 있으며, 상기 제2단계에서는 30분 내지 2시간 동안 교반을 진행할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 용어, 「상온」은 실온으로서, 이는 예를 들어 5℃ ~ 30℃, 또는 10℃ ~ 25℃의 범위가 될 수 있다.

본 발명에 따른 비산먼지 억제제는, 비산먼지 발생이 많은 건축 및 건물해체 현장, 토목 건설 현장, 비포장 및 포장도로에서 분사(또는 살수)하는 방법으로 사용될 수 있다. 구체적으로는, 사용 현장에서 본 발명에 따른 비산먼지 억제제에 물을 혼합(희석), 교반하여 스프링클러, 스프레이 건 또는 살수차 등을 이용하여 분사(또는 살수)하는 방법으로 사용될 수 있다. 이때, 작업 환경 및 분사 장비에 따라 물의 배합량을 조절하여 적절한 점도를 갖게 하여 사용하면 좋다.

바람직하게는, 물의 배합량을 조절하여 점도 800cps 이상, 구체적으로는 800 ~ 2,500cps의 점도를 갖게 하여 피처리물에 분사하는 방법으로 사용하는 것이 좋다. 이때, 점도가 너무 낮은 경우, 비산먼지 억제능이 미미할 수 있고, 점도가 너무 높은 경우에는 스프링클러, 스프레이 건 또는 살수차 등을 통한 분사가 다소 어려울 수 있다. 이러한 점도를 위해, 예를 들어 500 ~ 2,000배의 중량배율로 물을 혼합(희석)할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 : 물 = 1 : 500 ~ 2,000의 중량비로 희석 및 교반하여 800 ~ 2,500cps 점도의 친수성 겔 형태로 변화시켜 사용할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 적어도 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 물과의 혼합(희석)에 의해 친수성 겔 형태로 변화되어 우수한 비산먼지 억제능을 갖는다. 또한, 원액 대비 물의 희석 배율이 높다. 구체적으로, 예를 들어 500배 이상의 물을 혼합하여도 우수한 비산먼지 억제능을 갖는다. 이에 따라, 소량의 원액으로도 넓은 면적에 대해 대량 분사가 가능하여 높은 경제성을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 높은 보습성 및 습윤성 등에 의해 장시간 동안 촉촉함을 유지하여 비산먼지 억제능의 지속성을 갖는다. 아울러, 인체 무해 및 친환경적이다. 부가적으로, 정전기 발생 억제능을 가져 석탄 야적물 등에 적용 시 자연 발화를 방지할 수 있으며, 이와 함께 저장 안정성이 우수하여 장기간 보관이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

교반기가 달린 반응기에 오일 성분(동백유)을 넣고, 유화와 분산 기능을 가진 계면활성제를 넣은 다음, 30분 동안 상온에서 저속으로 교반하였다. 이후, 친수성 고분자와 천연 다당류를 서서히 적하하고 겔화 개선제를 첨가한 다음, 3시간 동안 상온에서 고속 교반하였다. 다음으로, 온도를 약 60℃로 승온한 후, 무기계 화합물을 넣고 약 30분 동안 교반하였다. 그리고 오일 성분(동백유)을 추가하여 서서히 교반하면서 점성이 생긴 것을 확인한 후, 상온으로 냉각시켜 각 실시예(1 ~ 5)에 따른 비산먼지 억제제를 제조하였다.

이때, 각 실시예(1 ~ 5)에 따라 비산먼지 억제제의 성분 및 함량을 달리하였다. 각 실시예(1 ~ 5)에 따른 비산먼지 억제제의 성분 및 함량을 하기 [표 1]에 나타내었다. 하기 [표 1]에서 각 성분의 함량은 비산먼지 억제제 전체 중량을 기준으로 한 백분율(중량%)이다.

< 각 실시예에 따른 비산먼지 억제제의 성분 및 함량, 단위 : 중량% >

성 분			실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
오일 성분	동백유		40	40	40	30	38
점성 성분	친수성 고분자	PA-Na(1)	15	15	15	15	15
	다당류	HA(2)	5	5	5	5	5
	다당류	AG(3)	10	10	20	10	10
계면활성제	양이온성	CMMS(4)	15	-	5	20	15
	양성이온성	COPB (5)	5	-	5	15	5
	비이온성	POSB(6)	-	20	-		-
무기계 화합물	황산알루미늄		7	5	2	2	12
	규산나트륨		-	2	5	-	-
겔화 개선제	BDDE(7)		2	2	2	2	-
	GO-Ac(8)		1	1	1	1	-
(1) PA-Na : 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate) (2) HA : 히알루론산(Hyaluronic Acid) (3) AG : 아가 검(Agar Gum) (4) CMMS : 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate) - 양이온성 계면활성제 (5) COPB : 코카미도프로필베타인(Cocamidopropyl betaine) - 양성이온성(양쪽성) 계면활성제 (6) POSB : 폴리옥시에틸렌 솔비탄(Polyoxyethylene sorbitan) - 비이온성 계면활성제 (7) BDDE : 1,4-부탄디올 디글리시딜 에테르(1,4-Butanediol Diglycidyl Ether) (8) GO-Ac : 메틸글리옥실레이트메틸-헤미아세탈(methyl glyoxylate methyl-hemiacetal) (CH3-CH(OH)-CO-O-CH3)

< 시험예 1 > : 비산먼지 억제능 평가 (1)

먼저, 상기 각 실시예(1 ~ 5)에 따라 제조된 비산먼지 억제제에 약 1,000배(중량배율)의 물을 가한 후, 충분히 교반하여 점도가 증가된 친수성 겔을 얻었다. 이와 같이 얻어진 각 실시예에 따른 친수성 겔(비산먼지 억제제)에 대하여 아래와 같이 실험하였다.

미세먼지가 많이 배출되는 4개의 지역(A, B, C, D 지역)을 선정하고, 각 지역에 대해 초기 농도와 분사 후의 농도를 측정한 다음, 하기 [수학식 1]에 따라 미세먼지 제거율(%)을 평가하였다. 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 하기 [표 2]에서, 비교예 1은 대조군으로서, 이는 물만 분사한 시편이다.

[수학식 1]

미세먼지 제거율(%) =

x 100

위 수학식 1에서, 분사 전의 농도는 비산먼지 억제제를 분사하기 전에 측정한 각 지역의 미세먼지 농도(초기 농도)이고, 분사 후의 농도는 친수성 겔(비산먼지 억제제)를 분사한 후에 측정한 각 지역의 미세먼지 농도이다.

상기 미세먼지 농도(분사 전 및 분사 후의 농도)는 각 지역(A, B, C, D 지역)의 대기 중에 부유하고 있는 입자상 물질을 로우 볼륨 에어 샘플러(Low Volume Air Sampler) 방법을 이용하여 여과지 위에 포집하는 방법으로 입자상 물질을 포집한 다음, 하기 [수학식 2]에 따라 농도를 측정하였다. 이때, 로우 볼륨 에어 샘플러(Low Volume Air Sampler)는 사이클론형으로서, 포집입자는 직경 10㎛ 이하, 흡인 유량은 25 L/min(0.025 ㎥/min), 가동시간은 1시간으로 하였다. 예를 들어, 실시예 1을 분사한 A 지역에서, 분사 전의 농도(초기 농도)는 하기 [수학식 3]에 따라 미세먼지 농도가 측정되었다.

[수학식 2]

미세먼지 농도(g/㎥) =

[수학식 3]

미세먼지 농도(g/㎥) =

= 0.028 g/㎥

< 시험예 2 > : 정전기 억제능 평가

상기 각 실시예들에 따른 친수성 겔(비산먼지 억제제 : 물 = 1 : 1,000의 희석 배율)을 유리판에 코팅한 다음, 열처리하여 경화피막을 형성하였다. 이후, 상기 각 시편에 따른 경화피막에 대하여, ASTM D 257에 준하여 면저항 측정기(4-point probe)를 이용하여 표면 저항[Ω/sq]을 측정하였다. (조건 : 인가전압 10V, 온도 22 ± 2℃, 상대습도 50 ± 5% RH) 그리고 이러한 표면 저항값으로 정전기 억제능을 평가하였다.

< 시험예 2 > : 저장 안정성 평가

상기 각 실시예들에 따라 제조된 비산먼지 억제제(물에 희석 전)를 투명한 용기에 담은 다음, 항온 항습조에서 온도 80℃, 습도 60%의 고온/고습 조건하에서 3일간 보관하고, 이후 4℃의 저온 조건에서 3일간 보관한 다음, 다시 온도 80℃, 습도 60%의 고온/고습 조건하에서 3일간 더 보관한 후에 침전과 층분리 발생 여부를 육안으로 관찰하였다. 그리고 아래의 기준에 따라 저장 안성성을 평가하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.

< 저장 안정성 평가 기준 >

◎ : 침전 및 층분리가 전혀 발생하지 않는 경우

○ : 침전 및 층분리 중에서 어느 하나라도 발생한 경우

△ : 침전 및 층분리가 모두 발생한 경우

< 각 실시예에 따른 비산먼지 억제제의 특성 평가 결과 >

비 고	지역	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	비교예 1
미세먼지 제거율 (%)	A	85.1	82.2	82.1	79.7	84.7	28.5
	B	86.3	85.8	78.9	75.2	82.9	22.8
	C	85.2	83.1	82.7	79.8	82.3	28.2
	D	84.1	81.7	79.7	75.2	81.8	25.4
표면 저항[Ω/sq] (x 106)		2.84	4.67	3.47	2.76	2.91	-
저장 안정성 (고온/고습 조건)		◎	◎	○	◎	△	-

상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 실시예들에 따른 미세먼지 억제제를 분사하는 경우, 물 분사만 실시한 비교예 1에 비하여 우수한 미세먼지 제거율을 보임을 알 수 있었다.

또한, 실시예 1과 실시예 2를 대비하여 보면, 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제를 사용한 경우(실시예 1)가 비이온성 계면활성제를 사용한 경우(실시예 2)에 비하여, 미세먼지 제거율이 다소 높게 나타났으며, 특히 저항값(표면 저항)이 낮아 정전기 발생 억제능에서 바람직함을 알 수 있었다.
그리고 실시예 3과 실시예 4를 대비하여 보면, 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제의 함량이 증가함에 따라 정전기 발생 억제능이 개선될 수 있음을 알 수 있었다.

아울러, 실시예 3 및 실시예 4에서와 같이, 황산알루미늄의 함량이 낮은 경우, 미세먼지 제거율이 낮아짐을 알 수 있었다. 한편, 이와는 반대로 실시예 5에서와 같이 황산알루미늄의 함량이 너무 높은 경우에는 미세먼지 제거율에서는 다소 유리하나, 침전이 발생되어 저장 안정성이 떨어짐을 알 수 있었다.

또한, 실시예 1과 실시예 3을 비교해 보면, 계면활성제의 함량이 낮은 경우(실시예 3)에도 저장 안정성이 다소 떨어짐을 알 수 있었다. 부가적으로, 실시예 1과 실시예 5를 비교해 보면, 오일 성분, 점성 성분 및 계면활성제 등의 주요 성분들의 함량이 거의 동일한 조건에서, 실시예 1에서와 같이 겔화 개선제가 더 첨가된 경우, 미세먼지 제거능에 유리함을 알 수 있었다.

< 시험예 4 > : 비산먼지 억제능 평가 (2)

한편, 석탄 야적물에 대한 비산먼지 억제능을 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.

먼저, 밀폐 공간의 컨테이너(container) 구조물 내에 정적량의 석탄 더미(stock-pile)를 쌓아 놓고, 물만을 분사(비교예 1)하는 경우, 기존 제품(비교예 2)을 분사하는 경우, 그리고 상기 실시예 1에 따른 친수성 겔(실시예 1의 비산먼지 억제제 : 물 = 1 : 1,000의 희석 배율)을 분사하는 경우를 비교 실험하였다. 이때, 상기 기존 제품(비교예 2)은 염화마그네슘(MgCl₂)을 주성분으로 하는 시판 제품에 물을 50배로 희석한 것을 사용하였다.

각 시편을 석탄 더미에 분사하고, 송풍기를 이용하여 풍속을 가한 다음 밀폐 공간 내에 비산된 석탄 분진의 농도를 측정하였다. 이때, 풍속 0m/s, 10m/s 및 20m/s의 조건에서 석탄 분진의 농도를 측정하였다. 석탄 분진의 농도는 상기한 바와 같이 로우 볼륨 에어 샘플러(Low Volume Air Sampler) 방법을 이용하여 상기 [수학식 2]에 따라 계산하였다. 각 시편의 풍속 조건에 따른 석탄 분진의 농도를 하기 [표 3]에 나타내었다.

< 풍속 조건에 따른 석탄 분진의 농도 측정 결과 >

풍속	비교예 1 시편 (물 분사)	비교예 2 시편 (기존 제품에 물 50배)	실시예 1 시편 (실시예 1에 물 1,000배)
0 m/s	0.122 mg/㎥	0.115 mg/㎥	0.112 mg/㎥
10 m/s	1.173 mg/㎥	0.953 mg/㎥	0.852 mg/㎥
20 m/s	1.569 mg/㎥	1.320 mg/㎥	1.232 mg/㎥

첨부된 도 1은 비교예 2의 시편(기존 제품에 물 50배))과 실시예 1에 따른 시편(실시예 1에 물 1,000배)을 석탄 더미에 분사한 다음, 20m/s의 풍속을 가한 후의 모습을 보인 사진이다. 또한, 분사 전의 초기 실내농도를 대조군으로 하고, 하기 [수학식 4]에 따라 대조군 대비 비산먼지 비율(%)을 평가하였다. 그 결과를 첨부된 도 2에 그래프로 나타내었다.

[수학식 4]

대조군 대비 비산먼지 비율(%) =

x 100

먼저, 첨부된 도 1에 보인 바와 같이, 실시예 1에 따른 시편(실시예 1에 물 1,000배)을 분사한 경우, 비교예 2 시편(기존 제품에 물 50배)을 분사한 경우와 비교하여, 물을 높은 배율로 희석하였음에도 불구하고 석탄 가루의 흩날림이 거의 없을 알 수 있었다.

또한, 상기 표 3 및 첨부된 도 2에 보인 바와 같이, 실시예 1에 따른 시편을 분사한 경우가 비교예 1(물 분사) 및 비교예 2(기존 제품)에 비하여, 각 풍속 조건에서 석탄 분진의 억제능이 우수함을 알 수 있었다. 예를 들어, 20m/s의 풍속 조건에서, 대조군 대비 비교예 1(물 분사)의 경우에는 약 1,175%, 비교예 2(기존 제품)의 경우에는 약 980%, 실시예 1의 경우에는 약 900%로서, 실시예 1의 경우가 석탄 분진의 발생 비율(%)이 가장 낮음을 알 수 있었다.

한편, 각 풍속 조건에서 물 분사 시의 농도(비교예 1)를 대조군으로 하고, 기존 제품(비교예 2) 및 실시예 1의 농도를 비교군 농도로 하여, 하기 [수학식 5]에 따라 물 분사 대비 저감효율(%)을 평가하였다. 그 결과를 첨부된 도 3에 나타내었다.

[수학식 5]

물 분사 대비 저감효율(%) =

x 100

각 풍속 조건에서 물 분사를 대조군으로 하여 평가한 저감효율(%)을 살펴보면, 첨부된 도 3에 보인 바와 같이 풍속 0m/s 조건의 경우 기존 제품(비교예 2)은 5.74%, 실시예 1은 8.2%, 풍속 10m/s 조건의 경우 기존 제품(비교예 2)은 18.7%, 실시예 1은 27.4%을 보였다. 또한, 풍속 20m/s 조건의 경우 기존 제품(비교예 2)은 15.8%, 실시예 1은 21.5%를 보였다. 위와 같이, 실시예 1이 기존 제품(비교예 2)보다 우수한 미세먼지 저감효율(%)을 가짐을 알 수 있었다.

Claims (8)

1. 비산먼지를 억제시키는 비산먼지 억제제로서,
   수분 증발 억제 및 보습성을 위한 오일 성분 15 ~ 50중량%;
   점성을 위한 점성 성분 10 ~ 50중량%;
   유화 및 분산을 위한 계면활성제 12 ~ 25중량%;
   비산먼지의 응집을 위한 무기계 화합물 2.5 ~ 15중량%; 및
   겔화 개선제 0.5 ~ 5중량%를 포함하고,
   물과의 혼합에 의해 친수성 겔 형태로 변화되며,
   상기 무기계 화합물은 황산알루미늄을 포함하되, 상기 황산알루미늄은 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로 3 ~ 10중량%로 포함되고,
   상기 점성 성분은 친수성 고분자와 천연 다당류를 포함하되, 상기 천연 다당류는 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로 5 ~ 20중량%로 포함되며,
   상기 겔화 개선제는,
   상기 천연 다당류의 겔화를 촉진하기 위한 글리시딜 에테르(Glycidyl Ether)와,
   상기 친수성 고분자의 겔화를 촉진하기 위한 것으로서, 하기 화학식으로 표시되는 에스테르계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비산먼지 억제제.
   [화학식]
   

   

   
   (위 화학식에서, R¹과 R²는 서로 같거나 다르며, 탄소수 1 ~ 3의 알킬기이다.)
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 오일 성분은 동백유(Camellia Oil)를 포함하고,
   상기 친수성 고분자는 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate), 에멀젼 폴리아크릴아미드(Emulsion Polyacryl amide, EPAM) 및 초산비닐 코폴리머(Vinylacetate copolymer)로부터 선택된 1종 이상을 포함하며,
   상기 천연 다당류는 히알루론산(Hyaluronic Acid), 젤란 검(Gellan Gum), 잔탄 검(Xanthan Gum) 및 아가 검(Agar Gum)으로부터 선택된 1종 이상을 포함하고,
   상기 비산먼지 억제제는 물과의 혼합에 의해 800 ~ 2,500cps의 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 비산먼지 억제제.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제 및 양성이온성 계면활성제로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 비산먼지 억제제.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 계면활성제는 코카미도프로필베타인(Cocamidopropyl betaine) 및 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비산먼지 억제제.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 따른 비산먼지 억제제의 제조방법으로서,
   수분 증발 억제 및 보습성을 위한 오일 성분과, 유화 및 분산을 위한 계면활성제를 혼합 교반하면서 점성을 위한 점성 성분과 겔화를 촉진하기 위한 겔화 개선제를 적하하여 상온에서 혼합 교반하는 제1단계;
   상기 제1단계에서 얻어진 혼합물을 50℃ ~ 70℃로 승온한 다음, 비산먼지의 응집을 위한 무기계 화합물을 첨가하여 교반하는 제2단계; 및
   상기 제2단계에서 얻어진 혼합물을 상온으로 냉각하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비산먼지 억제제의 제조방법.
   
8. 제1항에 따른 비산먼지 억제제를 물과 혼합하여 800 ~ 2,500cps의 점도를 가지는 친수성 겔을 얻은 다음, 상기 친수성 겔을 피처리물에 분사하여 사용하는 것을 특징으로 하는 비산먼지 억제제의 사용방법.
   

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