KR102158953B1 - 젤형 착화제, 이를 포함하는 저바륨 착화 목탄 및 이의 제조방법 - Google Patents

젤형 착화제, 이를 포함하는 저바륨 착화 목탄 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 젤형 착화제, 착화 목탄 및 이의 제조방법으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 바륨 함량이 낮은 친환경 착화 목탄, 이의 제조에 사용되는 젤형 착화제, 이를 이용하여 상기 착화 목탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

젤형 착화제, 이를 포함하는 저바륨 착화 목탄 및 이의 제조방법{Gel type ignition material, Ingition charcoal with low barium containing the same and Manufacturing method thereof}
본 발명은 질산바륨 함량 및 바륨(Ba) 함량이 낮으면서도, 착화성이 우수한 젤형 착화제, 이를 이용한 착화 목탄 제조방법 및 친환경적인 착화 목탄에 관한 것이다.
일반적으로 연탄이나 숯 또는 화목 등의 고형 연료는 휘발유 등과 같은 액화 연료에 비해 착화가 잘 이루어지지 않는 특성을 지니고 있다. 이에 상기 고형 연료의 착화를 위해서는 불쏘시개나 흔히 번개탄으로 불리워지고 있는 착화제 또는 착화탄이 이용되고 있다. 이와 같은 착화탄은 주로 분쇄된 목질 재료를 연소재로 하여 여기에 전분 등의 점결제와 산화제 및 점화제가 혼합되어 특정 형태로 성형된 상태로 시중에 유통되고 있다.
착화탄에 관한 최근의 문제점과 수요자들의 관심은 착화탄에서 착화제로 사용되고 있는 질산바륨 등이 연소 과정에서 인체에 해로운 유해가스를 생성한다는 사실이다.
이를 해결하기 위해 다양한 유해가스 착화탄이 개발된 바 있으며, 일례를 들면, 목재칩을 주성분으로 하는 연소재에 착화제로서 기존의 질산바륨이나 질산나트륨을 사용하는 대신에 인체에 무해한 것으로 알려진 질산칼륨을 사용한 착화제가 개발된 바 있다. 또한, 부분적으로 탄소화 열처리된 목분에 기존의 유해한 착화제를 사용하는 대신에 착화 성능을 발휘하는 천연접착제를 혼합하여 이를 프레스에서 압축성형해서 친환경적인 착화탄을 얻는 기술도 개발된 바 있다. 그러나, 기존의 유해가스 저감형 착화탄들은 착화 시간이 너무 길거나, 충분한 발열 성능을 발휘하지 못하는 문제가 있다.
최근 캠핑 등의 아웃도어 문화가 증가하면서 캠핑용 착화탄의 사용 및 판매량이 증가하고 있는데, 착화탄 내의 질산바륨이 연소시 이산화질소가 발생하며, 착화탄 연소시 발생되는 이산화질소가 대기환경기준(3.4 ppm)의 많게는 34배 정도까지 발생하는 문제가 있음이 알려졌다. 즉, 착화제 내 질산바륨의 높은 함량으로 인해 환경 문제가 발생함이 알려지게 되었다.
이에, 착화탄 내 질산바륨 함량에 대한 규제가 증가하고 있으며, 국립산림과학원 고시 제2019-00호 "목재제품의 규격과 품질기준"에서는 착화탄(착화 목탄) 내 Ba 함량을 10.5% 이하로 규정하였다.
이에 착화 목탄 내 질산바륨 함량이 낮으면서도 빠른 착화 시간 및 우수한 발열 특성을 유지할 수 있는 착화 목탄(착화탄) 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0016533호(공개일 2013.02.18) 대한민국 등록특허공보 제10-1665596호(공고일 2016.10.13)
본 발명은 착화 목탄 내 질산바륨 함량을 낮추면서도, 우수한 착화 및 발열 특성을 확보할 수 있는 최적의 조성 및 조성비를 가지는 착화제, 이를 이용하여 제조한 친환경 착화 목탄 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 착화제는 젤형 타입의 착화제로서 연소제, 점화제 및 보조연소제를 포함하는 혼합물; 바인더; 및 용제;를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 착화제는 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 바인더를 4.0 ~ 10.0 중량부로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 착화제 조성 중 상기 혼합물은 연소제, 점화제 및 보조연소제를 1 : 0.20 ~ 0.35: 0.30 ~ 0.45 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 연소제는 질산바륨을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 점화제는 질산나트륨을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 보조연소제는 질산칼슘; 질산칼륨, 질산마그네슘 및 질산암모늄을 포함하는 질산 혼합물; 및 스트론튬(Sr); 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 질산 혼합물은 질산칼륨 30 ~ 40 중량%, 질산마그네슘 25 ~ 35 중량% 및 잔량의 질산암모늄을 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 바인더는 당밀(molasses) 및 카르복시메틸 셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose, CMC) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 착화제는 상기 혼합물 및 바인더 외에 분산제 및 동결방지제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 용제는 물 및/또는 농도 5 ~ 20 부피%인 에탄올 수용액을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 분산제는 탄소수 14 ~ 20의 고급 지방알코올을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 동결방지제는 메틸셀로솔브, 트리폴리인산나트륨 및 소듐아세테이트 및 물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 앞서 설명한 착화제를 포함하는 저바륨 착화 목탄으로서, 숯; 전분; 및 앞서 설명한 젤형 착화제;를 포함하는 혼합물의 건조물을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 숯은 야자탄 25 ~ 35 중량% 및 잔량의 점화탄을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 저바륨 착화 목탄은 숯 100 중량부에 대하여, 전분 3 ~ 7 중량부 및 상기 젤형 착화제 25 ~ 40 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 저바륨 착화 목탄은 숯 100 중량부에 대하여, 톱밥 5 ~ 15 중량부를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 저바륨 착화 목탄인 상기 건조물은 건량 기준 바륨(Ba) 함량이 10.5 중량% 이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저바륨 착화 목탄의 제조방법에 관한 것으로서, 숯 및 전분을 혼합기에 투입한 후, 교반하는 1단계; 1단계의 교반물에 앞서 설명한 상기 젤형 착화제를 투입한 후, 교반하는 2단계; 스팀을 공급하여 전분 활성화시키는 3단계; 성형시켜서 성형물을 제조하는 4단계; 및 상기 성형물을 건조시키는 5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
본 발명의 착화제는 젤형 타입이어서, 보관, 운송 및 사용이 용이하고, 젤형임에도 불구하고 영하 20℃ 이하 온도에서도 동결되지 않으며, 질산바륨 함량이 적으면서도 착화력이 우수하여, 이를 이용하여 착화 목탄을 제조하여 제품화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 착화제 자체만으로서 개별 제품화하여 다양한 고체 연료용 착화제로 응용될 수 있다. 그리고, 상기 착화제를 이용하여 제조한 본 발명의 착화 목탄은 빠른 착화 시간 및 발화력을 확보할 수 있으면서도, 착화 목탄 내 바륨(Ba) 함량이 적기 때문에 기존 착화 목탄에 비해 친환경적이다.
이하, 본 발명에 대해서 더욱 구체적으로 설명한다.
본 발명의 젤형 착화제는 연소제; 점화제 및 보조연소제를 포함하는 혼합물; 바인더; 및 용제;를 포함한다.
또한, 본 발명의 젤형 착화제는 용제, 분산제 및 동결방지제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있으며, 바람직하게는 용제, 분산제 및 동결방지제를 포함할 수 있다.
본 발명의 젤형 착화제 성분 중 상기 혼합물은 연소제로서 질산바륨을 포함하며, 점화제로는 질산나트륨을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 보조연소제는 질산바륨 함량을 줄이면서도 착화제의 착화능을 유지하는 역할을 하는 것으로서, 질산칼슘; 질산칼륨, 질산마그네슘 및 질산암모늄을 포함하는 질산 혼합물; 및 스트론튬(Sr); 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수도 있으며, 바람직하게는 질산칼슘 및/또는 상기 질산 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 혼합물은 연소제, 점화제 및 보조연소제를 1 : 0.200 ~ 0.350 : 0.300 ~ 0.450 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.250 ~ 0.320 : 0.350 ~ 0.420 중량비로, 더욱 바람직하게는 1 : 0.260 ~ 0.300 : 0.350 ~ 0.400 중량비로 포함할 수 있다.
이때, 상기 점화제 사용량이 연소제 1 중량비에 대하여 0.20 중량비 미만이면 착화제의 점화 시간이 너무 길어지거나, 점화가 잘 되지 않는 문제가 있을 수 있고, 0.35 중량비를 초과하면 과량 사용이며, 점화 시간 단축 효과가 미비할 수 있고, 점화 후 연기가 과량 발생하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
그리고, 상기 보조연소제 사용량이 연소제 1 중량비에 대하여 0.30 중량비 미만이면 착화제의 착화 시간이 지연되는 문제가 있을 수 있고, 0.45 중량비를 초과하는 것은 비경제적이다.
또한, 보조연소제 중 상기 질산 혼합물은 질산칼륨 30 ~ 40 중량%, 질산마그네슘 25 ~ 35 중량% 및 잔량의 질산암모늄을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 질산칼륨 32 ~ 38 중량%, 질산마그네슘 28 ~ 35 중량% 및 잔량의 질산암모늄을 포함하도록 하는 것이 연소 보조 역할 측면에서 유리하다.
본 발명의 젤형 착화제 성분 중 상기 바인더는 착화제 성분들이 잘 혼합된 상태로 존재하도록 고정시키면서 착화제에 점성을 부여하여 젤화시키는 역할을 하는 것으로서, 당밀(molasses) 및 카르복시메틸 셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose, CMC) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 폐당밀을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 바인더의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 바인더 4.0 ~ 10.0 중량부를, 바람직하게는 4.0 ~ 8.0 중량부를, 더욱 바람직하게는 4.5 ~ 7.5 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 바인더 함량이 4.0 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 착화제 성분들을 충분하게 젤화시키지 못하는 문제가 있을 수 있고, 10 중량부를 초과 사용하는 것은 과다 사용으로서 바인더에 의해 착화제의 착화력이 감소하는 문제 및 젤형 착화제의 점도가 너무 높아져서 젤형 착화제의 사용성이 떨어지는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 젤형 착화제는 앞서 설명한 혼합물 및 바인더 외에 분산제 및 동결방지제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다.
상기 용제는 물 및/또는 에탄올 수용액을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 농도 5 ~ 20 부피%의 에탄올 수용액을, 더욱 바람직하게는 농도 10 ~ 20 부피%의 에탄올 수용액을 사용할 수 있다. 용제로서 물만을 사용하는 경우, 질산바륨이 용해되지 않아서 다른 조성들과 혼화가 잘 일어나지 않을 수 있으며, 에탄올 등의 알코올계 용제로만 사용하는 경우, 바인더 및 보조연소제 성분이 잘 용해되지 않아서 조성물 간에 혼화가 잘 안되므로, 용제로서 저농도의 에탄올 수용액을 사용하는 것이 조성물 혼합 및 착화제의 젤(gel)화 측면에서 바람직하다. 본 발명의 젤형 착화제 내 용제의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 20 ~ 45 중량부를, 더욱 바람직하게는 25 ~ 40 중량부를, 더욱 바람직하게는 25 ~ 35 중량부를 사용하는 것이 젤형 착화제의 적정 점도 확보 및 조성물들의 혼화성 측면에서 바람직하다.
상기 분산제는 조성물들이 특정 성분끼리만 뭉치는 것을 방지하고, 착화제 내 고르게 분포하도록 하는 역할을 하는 것으로서, 탄소수 14 ~ 20의 고급 지방알코올 포함할 수 있고, 바람직하게는 스테아릴 알코올(stearyl alcohol), 이소스테아릴 알코올(isostearyl alcohol), 팔미토일 알코올(palmitoyl alcohol) 및 아라키딜알코올(arachidyl alcohol) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 그리고, 분산제의 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 1 ~ 5 중량부를, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 4 중량부를, 더욱 바람직하게는 2 ~ 3.5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 이때, 분산제 함량이 1 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 조성물간 분산 효과가 미비할 수 있고, 5 중량부를 초과 사용하면 연소제 및/또는 점화제의 용제에 대한 용해성을 감소 및 조성물간 혼화성을 오히려 떨어뜨리는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 본 발명의 젤형 착화제는 동결방지제를 더 포함할 수 있으며, 착화제 자체만을 제품화하여, 즉, 1회용 제품으로 소량, 소형화 포장하여 판매하는 경우, 이러한 착화제 제품은 캠핑용 등으로 개인이 구입, 사용하게 되는 경우가 많을 것으로 예상된다. 특히, 동절기 캠핑, 또는 영하 온도 이하의 조건에서 젤형 착화제를 보관, 사용시 착화제가 어는 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 착화제는 동결방지제를 추가로 더 포함할 수도 있다. 상기 동결방지제로는 착화제의 착화력, 착화 시간 등에 영향을 미치지 않거나 악영향을 소화시키는 소재의 동결방지제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 동결방지제는 메틸셀로솔브, 트리폴리인산나트륨, 소듐아세테이트 및 물을 포함하는 것을 사용할 수 있고, 더욱 바람직하게는 메틸셀로솔브 55 ~ 65 중량%, 트리폴리인산나트륨 18 ~ 25 중량%, 소듐아세테이트 10 ~ 18 중량% 및 잔량의 물을 포함할 수 있다. 이러한 조성의 동결방지제를 도입함으로써, -15℃ 이하, 바람직하게는 -20℃ ~ -15℃의 저온에서도 젤형 착화제의 동결을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 젤형 착화제 내 상기 동결방지제 사용량은 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 0.5 ~ 4.5 중량부를, 더욱 바람직하게는 1.0 ~ 4.0 중량부를, 더욱 바람직하게는 1.2 ~ 2.5 중량부를 사용하는 것이 좋으며, 이때, 동결방지제 함량이 0.5 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이의 사용으로 인한 동결방지 효과가 미비할 수 있고, 4.5 중량부를 초과 사용하면 착화제의 착화력 및/또는 착화 시간에 악영향을 줄 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
이러한 성분을 이용하여 제조한 본 발명의 젤형 착화제는 점도가 20℃에서 250 mPa·s 이상, 바람직하게는 20℃에서 280 ~ 350mPa·s일 수 있다.
또한, 본 발명의 젤형 착화제는 착화점이 75℃ 이상, 바람직하게는 80 ~ 95℃인 바, 보관안정성이 우수하다.
앞서 설명한 젤형 착화제를 이용한 저바륨 착화 목탄은 숯 및 전분을 혼합기에 투입한 후, 교반하는 1단계; 1단계의 교반물에 젤형 착화제를 투입한 후, 교반하는 2단계; 및 2단계의 교반물에 스팀을 공급하여 전분 활성화시키는 3단계; 전분 활성화 처리한 교반물을 성형시켜서 성형물을 제조하는 4단계; 및 상기 성형물을 건조시키는 5단계;를 포함하는 공정을 수행하여 제조할 수 있다.
1단계의 상기 숯은 당업계에서 일반적으로 구입할 수 있는 숯을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 숯은 야자탄 및 점화탄(야자탄을 제외한 점화탄을 의미한다) 중에서 선택된 1종 이상의 숯을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 야자탄 및 점화탄을 포함할 수 있다.
그리고, 숯으로서 야자탄 및 점화탄을 혼합하여 사용하는 경우에는 야자탄 25 ~ 35 중량% 및 잔량의 점화탄을, 바람직하게는 야자탄 28.0 ~ 35.0 중량% 및 잔량의 점화탄을 혼합하여 사용할 수 있다. 그리고, 상기 점화탄은 구체적인 일례로는 흑탄, 백탄 등의 임목탄과 같이 당업계에서 상업적으로 구입할 수 있는 것을 사용할 수 있다.
1단계의 상기 전분은 숯에 대한 바인더 역할 등을 하는 것으로서, 그 사용량은 숯 100 중량부에 대하여 전분 3 ~ 7 중량부를, 바람직하게는 전분 3.5 ~ 6.5 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 전분 사용량이 3 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 착화 목탄 제조시 성형이 잘 되지 않는 문제가 있을 수 있고, 7 중량부를 초과하여 사용하면 오히려 숯 성분 등의 분산성, 젤형 착화제와의 혼화성 등에 방해가 될 수 있고, 착화 시간 개선 효과도 미비하므로, 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
2단계는 숯, 전분을 포함하는 교반물에 앞서 설명한 젤형 착화제를 혼합하는 공정으로서, 젤형 착화제의 사용량은 숯 100 중량부에 대하여, 25 ~ 40 중량부를, 바람직하게는 25.0 ~ 38.0 중량부를, 더욱 바람직하게는 28.0 ~ 36.0 중량부를 사용할 수 있다. 이때, 착화제 사용량이 25 중량부 미만이면 그 사용량이 적어서 숯의 착화 시간이 길어지는 문제가 있을 수 있고, 40 중량부를 초과하여 사용하면, 착화 목탄의 함수율이 높아지고, 바륨 함량이 증가하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
또한, 1단계 및 2단계의 교반물은 빠른 착화 및 착화 지속성 효과 증대를 위해 숯, 전분 외에 톱밥을 더 추가하여 제조할 수도 있다. 이때, 톱밥의 사용량은 숯 100 중량부에 대하여 5 ~ 15 중량부, 바람직하게는 6.0 ~ 12.0 중량부를, 더욱 바람직하게는 7.2 ~ 10.5 중량부 정도를 사용하는 것이 좋다. 이때, 톱밥 사용량이 5 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 이를 추가적으로 사용하는 효과가 미비할 수 있고, 15 중량부를 초과하여 사용하면 활성화된 전분이 톱밥과의 결합력은 떨어지기 때문에, 톱밥 과량 사용으로 인해 4단계 성형시 교반물의 성형성 및 성형 후 착화 목탄의 기계적 물성이 떨어질 수 있고, 겔형 착화제 사용량을 추가적으로 더 사용해야 하는 문제가 있을 수 있으므로 상기 범위 내로 사용하는 것이 좋다.
3단계는 2단계의 교반물 성분 중 전분에 스팀을 가하여 전분을 활성화시켜서 4단계의 성형 공정을 원할하게 수행할 수 있게 하고, 젤형 착화제가 교반물에 잘 흡수되도록 하는 공정이다. 이때, 스팀(steam) 처리 방법은 숯 함수율 및 제조하고자 하는 착화 목탄의 함수율을 고려하여, 적정량의 스팀을 가하여 수행할 수 있으며, 일구현예로, 교반물에 스팀을 20초 ~ 60초, 바람직하게는 25초 ~ 40초 정도 가하여 수행할 수 있다.
4단계는 제조하고자 하는 착화 목탄을 특정 형태로 성형하는 공정으로서, 바람직한 일례를 들면, 3단계의 활성화 처리한 교반물을 금형에 투입하고 성형 프레스로 압축 성형을 수행할 수 있다.
5단계의 건조 공정을 수행하는 단계로서, 상기 건조는 당업계에서 사용하는 일반적인 방법으로 수행할 수 있으며, 일례를 들면, 상온 건조, 열풍 건조 등을 통해 수행할 수 있다. 건조시 건조 처리 방법, 조건은 특별하게 한정하지는 않으나, 최종 제조된 착화 목탄이 기준 함수율이 10% 이하, 바람직하게는 5.0 ~ 9.5% 정도가 되도록 건조를 수행해야 한다. 이때, 함수율이 5.0% 미만이면 착화 목탄이 외부 충격에 쉽게 부서지는 문제가 있을 수 있고, 함수율이 10%를 초과하면 국립산림과학원 고시 제2019-00호의 품질 기준을 만족하지 못하는 문제가 있을 수 있다.
이러한 방법 및 조성을 가지는 본 발명의 착화 목탄은 건량 기준 Ba 함량이 10.5% 이하, 바람직하게는 9.8% 이하로, 더욱 바람직하게는 9.5% 이하로 포함하는 바, 바륨 함량이 매우 낮은 저바륨 착화 목탄이다.
또한, 본 발명의 착화 목탄은 건량 기준 비소 함량 5.0 mg/kg 이하 카드뮴 함량 5.0 mg/kg 이하, 납 함량 50.0 mg/kg 이하, 수은 함량 0.25 mg/kg 이하 및 황 함량 0.25 mg/kg 이하이며, 바람직하게는 비소 함량 1.0 mg/kg 이하, 카드뮴 함량 1.0 mg/kg이하, 납 함량 30.0 mg/kg 이하, 수은 함량 0.15 mg/kg 이하 및 황 함량 0.15 mg/kg 이하이고, 더욱 바람직하게는 비소 함량 0.90 mg/kg 이하, 카드뮴 함량 0.80 mg/kg이하, 납 함량 20.0 mg/kg 이하, 수은 함량 0.10 mg/kg 이하 및 황 함량 0.10 mg/kg 이하를 만족한다.
또한, 본 발명의 저바륨 착화 목탄은 고위 발열량이 건량 기준 3,000 ㎉/㎏ 이상, 바람직하게는 4,800 ㎉/㎏ 이상, 더욱 바람직하게는 5,200 ㎉/㎏ 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 저바륨 착화 목탄은 고정탄소 함량은 ASTM D7582(Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke) 방법에 의거하여 측정시, 30% 이상이며, 바람직하게는 32% 이상, 더욱 바람직하게는 32.5% ~ 38.5%이다.
그리고, 본 발명의 저바륨 착화 목탄은 착화시간이 1분 30초 이하, 바람직하게는 50초 ~ 1분 20초를 만족할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
준비예 1 : 동결방지제의 제조
메틸셀로솔브 60.5 중량%, 트리폴리인산나트륨 21.3 중량%, 소듐아세테이트 13.6 중량% 및 잔량의 물을 혼합하여 동결방지제를 제조하였다.
실시예 1 : 젤형 착화제의 제조
연소제로서 질산바륨, 점화제로서 질산 나트륨 및 보조연소제로서 질산 칼슘을 1 : 0.284 : 0.370 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다.
다음으로, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 바인더로서 폐당밀 6.2 중량부, 용제로서 물 30 중량부를 혼합 및 교반하여 젤형 착화제를 제조하였다.
실시예 2 ~ 실시예 5 및 비교예 1 ~ 6
상기 실시예 1과 동일한 연소제, 점화제, 보조연소제 및 바인더를 사용하여 젤형 착화제를 제조하되, 하기 표 1과 같은 조성비가 되도록 젤형 착화제를 각각 제조하여 실시예 2 ~ 5 및 비교예 1 ~ 6을 각각 실시하였다.
실시예 6
연소제로서 질산바륨, 점화제로서 질산 나트륨, 보조연소제를 1 : 0.284 : 0.370 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다.
이때, 상기 보조연소제는 보조연소제 100 중량% 중 질산칼륨 32.5 중량%, 질산마그네슘 33.5 중량% 및 잔량의 질산암모늄을 포함한다.
구분 실시예
1		 실시예
2		 실시예
3		 실시예
4		 실시예
5		 실시예
6
혼합물
(중량비)		 연소제 질산바륨 1 1 1 1 1 1
점화제 질산나트륨 0.284 0.284 0.284 0.284 0.284 0.284
보조연소제 1) 0.370 0.315 0.440 0.370 0.370 -
2) - - - - - 0.370
바인더 폐당밀(중량부) 6.2 6.2 6.2 4.5 8.0 6.2
용제 물(중량부) 30 30 30 30 30 30
1) 질산칼슘
2) 질산칼륨 32.5 중량%, 질산마그네슘 33.5 중량% 및 잔량의 질산암모늄
구분 비교예
1		 비교예
2		 비교예
3		 비교예
4		 비교예
5		 비교예
6
혼합물
(중량비)		 연소제 질산바륨 1 1 1 1 1 1
점화제 질산나트륨 0.284 0.284 0.284 0.284 0.160 0.500
보조연소제 1) 0.270 0.500 0.370 0.370 0.370 0.370
2) - - - - - -
바인더 폐당밀(중량부) 6.2 6.2 2.0 12.0 6.2 6.2
용제 물(중량부) 30 30 30 30 30 30
1) 질산칼슘
2) 질산칼륨 32.5 중량%, 질산마그네슘 33.5 중량% 및 잔량의 질산암모늄
실시예 7
연소제로서 질산바륨, 점화제로서 질산 나트륨, 보조연소제를 1 : 0.284 : 0.370 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다.
이때, 상기 보조연소제는 보조연소제 100 중량% 중 질산칼륨 32.5 중량%, 질산마그네슘 33.5 중량% 및 잔량의 질산암모늄을 포함한다.
다음으로, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 바인더로서 당밀 6.2 중량부, 용제로서 농도 15 부피% 농도의 에탄올 수용액 30 중량부, 분산제로서 팔미토일 알코올 2.3 중량부 및 상기 준비예 1의 동결방지제 2.0 중량부를 혼합 및 교반하여 젤형 착화제를 제조하였다.
실시예 8
연소제로서 질산바륨, 점화제로서 질산 나트륨, 보조연소제를 1 : 0.284 : 0.370 중량비로 혼합하여 혼합물을 제조하였다.
이때, 상기 보조연소제는 보조연소제 100 중량% 중 질산칼륨 32.5 중량%, 질산마그네슘 33.5 중량% 및 잔량의 질산암모늄을 포함한다.
다음으로, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 바인더로서 당밀 6.2 중량부, 용제로서 농도 15 부피% 농도의 에탄올 수용액 30 중량부, 분산제로서 팔미토일 알코올 2.3 중량부 및 상기 준비예 1의 동결방지제 2.0 중량부를 혼합 및 교반하여 젤형 착화제를 제조하였다.
비교예 7 ~ 8
상기 실시예 8과 동일한 방법으로 젤형 착화제를 제조하되, 하기 표 3과 같이 분산제 또는 동결방지제 사용량을 달리하여 젤형 착화제를 각각 제조하여, 비교예 7 ~ 8을 실시하였다.
구분 실시예
7		 실시예
8		 실시예
9		 실시예
10		 비교예 7 비교예 8
혼합물
(중량비)		 연소제 질산바륨 1 1 1 1 1 1
점화제 질산나트륨 0.284 0.284 0.284 0.284 0.284 0.284
보조연소제 1) 0.370 - - - - -
2) - 0.370 0.370 0.370 0.370 0.370
바인더 당밀(중량부) 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2 6.2
용제 10 부피% 농도 에탄올 수용액(중량부) 30 30 30 30 30 30
분산제 팔미토일 알코올(중량부) 2.3 2.3 4.0 2.3 6.0 -
동결방지제 준비예1
(중량부)		 2.0 2.0 2.0 4.0 0.2 5.0
1) 질산칼슘
2) 질산칼륨 32.5 중량%, 질산마그네슘 33.5 중량% 및 잔량의 질산암모늄
실험예 1 : 젤형 착화제의 겉보기 점도 및 인화점 측정
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 젤형 착화제의 점도, 인화점을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
(1) 겉보기 점도는 한국산업표준 KS M ISO 2555에서 제시하는 항온조, 지지대, 비이커, 온도계 등 측정 기구와 측정 절차를 준용하여 측정하였고, 점도 측정방법은 젤형 착화제를 비이커에 밀폐하고 설정 온도인 20℃에 도달할 때까지 충분히 방치하였다. 그리고, 스핀들은 수직으로 위치시키고 비이커의 바닥으로부터 10mm이상 떨어지도록 위치시켜서 측정하였고, 하기 수학식 1에 의거하여 점도를 계산하였다.
[수학식 1]
겉보기 점도(Pa·s) = (A×k×ℓ) / 1,000
수학식 1에서 A : 점도계 장치의 종류에 따른 계수(그 값은 A형은 1, B형은 2, C형은 8임), k : 회전수 및 스핀들의 조합에 따른 계수(KS M ISO 2555 부속서 B.3에 규정한 장치의 경우, k값은 표 3을 참조) : 지시계로 읽은 2회 측정값의 평균값이다.
(2) 인화점은 한국산업표준 KS M ISO 3679에서 제시하는 예상 인화점이 실온 및 110℃ 사이에 있는 액체 적용 방법을 준용하여 측정하였다. 시료인 젤형 착화제를 KS M ISO 3679에서 규격화된 장치에서 가열하였으며, 시료가 예상 인화점보다 약 3℃ 낮은 온도에서 60초 동안 평형 조건하에서 유지된 후에 불꽃 점화가 시도된다. 불꽃의 점화는 인화가 관찰되지 않는 온도 이상에서 1℃ 이하에 있는 온도에서 관찰될 때의 다른 온도에서 반복하였다. 인화가 발생하는 온도에서 시험 중에 점화되는 대기압에서 인화점으로서 기록하며, 이때 101.3kPa의 표준 대기압으로 보정하였다. 인화가 관찰되지 않으면 인화가 관찰될 때까지 매 시험마다 새로운 시료를 사용하여 5℃ 높은 온도 간격으로 시험을 반복하며, 인화가 관찰되면 인화가 되지 않을 때까지 매 시험마다 새로운 시료를 사용하여 5℃ 낮은 온도 간격으로 시험을 반복하였다. 인화가 관찰되면 인화점을 결정하기 위해 새로운 시료를 사용하여 1℃ 간격으로 인화가 관찰될 때까지 시험을 반복하였다. 인화가 발생하였을 때 0.5℃까지 읽고 시험 중에 해당하는 대기압에서 결과를 kPa 단위로 기록한다. 동일한 절차를 2회 이상 반복하여 0.5℃ 단위로 평균 인화점을 계산하였다.
구분 겉보기 점도 (mPas) 인화점 (℃)
실시예 1 310 ~ 315 87 ~ 88
실시예 2 305 ~ 310 87 ~ 88
실시예 3 315 ~ 320 87 ~ 88
실시예 4 285 ~ 290 87 ~ 88
실시예 5 325 ~ 330 87 ~ 88
실시예 6 310 ~ 315 90 ~ 91
실시예 7 300 ~ 305 87 ~ 88
실시예 8 300 ~ 305 90 ~ 91
실시예 9 300 ~ 305 90 ~ 91
실시예 10 295 ~ 300 89 ~ 90
비교예 1 295 ~ 300 85 ~ 86
비교예 2 315 ~ 320 93 ~ 94
비교예 3 240 ~ 245 87 ~ 88
비교예 4 380 ~ 385 87 ~ 88
비교예 5 310 ~ 315 85 ~ 86
비교예 6 310 ~ 315 90 ~ 91
비교예 7 300 ~ 305 90 ~ 91
비교예 8 295 ~ 300 88 ~ 89
상기 표 4를 살펴보면, 실시예 1 ~ 10 및 다수의 비교예는 겉보기 점도가 전반적으로, 280 mPa·s이상이고, 인화점이 86℃ 이상을 가짐을 확인할 수 있었다.
이에 반해, 바인더인 폐당밀을 3 중량부 미만인 2 중량부만 사용한 비교예 3의 경우, 겉보기 점도가 250 mPa·s 미만으로 너무 낮은 결과를 보였는데, 이와 같이 점도가 너무 낮으면 착화탄 등에 적용시 흘러내리는 문제로 인한 사용 불편이 있을 수 있다.
또한, 폐당밀을 10 중량부를 초과한 12 중량부를 사용한 비교예 4의 경우 겉보기 점도가 380 mPa·s 이상으로 너무 점도가 높은 문제가 있었으며, 이와 같이 점도가 높으면 착화 목탄 제조시 전분, 야자탄, 점화탄 등과의 혼화성이 떨어지는 문제를 유발할 수 있다.
그리고, 분산제 및 동결방지제를 사용한 실시예 6 ~ 10 및 비교예 7 ~ 8의 점도 및 인화점 측정 결과를 살펴보면, 이들을 사용하지 않은 경우 보다 다소 낮은 점도 및 다소 높은 인화점 측정 결과를 보였다.
실험예 2 : 내동결성 측정
상기 실시예 1, 실시예 7 ~ 10 및 비교예 7 ~ 8의 젤형 착화제를 300ml를 파우치로 밀봉 포장한 후, 이를 -16℃의 냉동고에 12시간 동안 투입한 후, 젤형 착화제의 동결 여부를 확인하였고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다(○ : 완전 동결, × : 동결 미발생 또는 극소량 동결 발생).
구분 동결 발생 여부
실시예 1 ○
실시예 7 ×
실시예 8 ×
실시예 9 ×
실시예 10 ×
비교예 7 ○
비교예 8 ×
상기 표 5의 내동결성 측정 결과를 살펴보면, 동결방지제를 사용한 실시예 7 ~ 10 및 비교예 8의 경우, 우수한 내동결성 측정 결과를 보였다. 이에 반해, 동결방지제를 사용하지 않은 실시예 1의 경우, 거의 완전히 동결되는 문제가 있었으며, 동경방지제를 0.2 중량부만을 사용한 비교예 7의 경우, 반 이상 동결이 되는 문제가 있었다.
제조예 1 : 저바륨 착화 목탄의 제조
야자탄 30 중량% 및 잔량의 점화탄(임목탄인 흑탄)를 포함하는 숯을 준비하였다.
다음으로, 상기 숯 100 중량부에 대하여 전분 5 중량부를 혼합기에 투입한 후, 교반하여 교반물을 제조하였다.
다음으로, 상기 교반물에 실시예 1의 젤형 착화제를 투입한 후, 교반하였다. 이때, 젤형 착화제 투입량은 상기 숯 100 중량부에 대하여 33.5 중량부를 투입하였다.
다음으로, 숯, 전분 및 젤형 착화제가 교반된 교반물에 약 30초간 스팀을 고르게 가하여 전분 활성화 공정을 수행하였다.
다음으로, 전분 활성화된 교반물을 금형에 투입하고 성형 프레스로 압축 성형을 수행하였다.
다음으로, 압축 성형물을 건조처리(85~90℃)하여 건조된 저바륨 착화 목탄을 제조하였다.
제조예 2 ~ 14 및 비교제조예 1 ~ 9
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 저바륨 착화 목탄을 제조하되, 상기 실시예 1의 젤형 착화제 대신 하기 표 6과 같이 실시예 2 ~ 10 및 비교예 1 ~ 2, 비교예 5 ~ 6 및 비교예 8의 착화제를 각각 사용하여 저바륨 착화 목탄을 제조하여 제조예 2 ~ 14 및 비교제조예 1 ~ 9를 각각 실시하였다.
구분
(중량부)		 숯 전분 착화제 구분
(중량부)		 숯 전분 착화제
제조예 1 100 5 33.5 실시예 1 비교제조예 1 100 5 33.5 비교예 1
제조예 2 100 5 33.5 실시예 2 비교제조예 2 100 5 33.5 비교예 2
제조예 3 100 5 33.5 실시예 3 비교제조예 3 100 5 33.5 비교예 5
제조예 4 100 5 33.5 실시예 4 비교제조예 4 100 5 33.5 비교예 6
제조예 5 100 5 33.5 실시예 5 비교제조예 5 100 5 33.5 비교예 8
제조예 6 100 5 33.5 실시예 6 비교제조예 6 100 5 20.0 실시예 8
제조예 7 100 5 33.5 실시예 7 비교제조예 7 100 5 42.0 실시예 8
제조예 8 100 5 33.5 실시예 8 비교제조예 8 100 1.5 33.5 실시예 8
제조예 9 100 5 33.5 실시예 9 비교제조예 9 100 10 33.5
제조예10 100 5 33.5 실시예 10 - - - - -
제조예11 100 5 28.0 실시예 8 - - - - -
제조예12 100 5 38.0 실시예 8 - - - - -
제조예13 100 3.5 33.5 실시예 8 - - - - -
제조예14 100 7.0 33.5 실시예 8 - - - - -
실험예 3 : 착화 목탄 내 바륨(Ba) 함량 측정
EPA 3050B 분석법에 의거하여, 제조예 및 비교제조예에서 제조한 착화 목탄 내 바륨(Ba) 함량(건량 기준)을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
구분 Ba 함량(건량기준, %) 구분 Ba 함량(건량기준, %)
제조예 1 9.39 비교제조예 1 9.57
제조예 2 9.47 비교제조예 2 9.31
제조예 3 9.34 비교제조예 3 9.41
제조예 4 9.42 비교제조예 4 9.38
제조예 5 9.35 비교제조예 5 9.28
제조예 6 9.20 비교제조예 6 9.02
제조예 7 9.33 비교제조예 7 10.7
제조예 8 9.16 비교제조예 8 9.42
제조예 9 9.13 비교제조예 9 9.38
제조예 10 9.21 - -
제조예 11 9.07 - -
제조예 12 9.96 - -
제조예 13 9.40 - -
제조예 14 9.39 - -
상기 표 7의 바륨 함량 측정 결과를 살펴보면, 비교제조예 7을 제외한 제조예 및 비교제조예 모두 착화 목탄 건조기준 10.5% 이하, 바람직하게는 10.0% 이하로 포함하는 결과를 보였다. 그리고, 보조연소제로서, 질산칼슘 보다 질산 혼합물을 사용하는 경우가 상대적으로 다소 낮은 바륨 함량 측정 경향을 보였다. 또한, 분산제를 사용하는 경우가 이를 사용하지 않은 경우보다 다소 낮은 바륨 함량을 보였다.
실험예 4 : 기타 유해 물질 함유 여부 측정
제조예 1, 제조예 6, 제조예 7 및 제조예 12의 착화 목탄 내 유해 물질인 비소, 카드뮴, 납 및 수은의 함량을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.
ISO 16968:2015 (Solid biofuels - Determination of minor elements)분석법을 이용하여 비소, 카드뮴 및 납 함량을 측정하였다. 3회 이상 측정하여 분석 단위는 mg/kg 이다.
수은은 수은분석기를 사용하여 측정하였으며, 분석 단위는 mg/kg 이다.
황은 시료 1g을 취한 후 다시 적당한 압력을 주어 펠릿 형태로 제조하고 0.1㎎까지 무게를 측정한 다음 시료를 석영 또는 금속 도가니로 옮긴다. 다음으로, 산소 하에서 시료를 완전히 연소시킨 후, 증류수를 이용하여 밀폐 용기를 세척한 다음, 세척수를 모아 일정량으로 한 후 이를 시험용액으로 사용하였으며, 시험용액을 IC(이온크로마토그래피)분석법(KS I ISO 11885)측정하여 황 함량을 측정하였다.
구분 비소(mg/kg) 카드뮴(mg/kg) 납(mg/kg) 수은(mg/kg) 황(mg/kg)
제조예 1 0.62 0.24 5.4 N.D 0.03
제조예 6 0.48 0.30 5.1 N.D 0.03
제조예 7 0.41 0.18 4.9 N.D 0.02
제조예 12 0.75 0.35 5.5 N.D 0.02
N.D는 미검출을 의미함
상기 표 8의 측정 결과를 살펴보면, 본 발명의 젤형 착화제를 사용하여 제조한 착화 목탄은 바람직하게는 비소 함량 0.90 mg/kg 이하, 카드뮴 함량 0.80 mg/kg이하, 납 함량 20.0 mg/kg 이하, 수은 함량 0.10 mg/kg 이하 및 황 함량 0.10 mg/kg 이하를 만족하여, 유해 물질 함량이 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다.
실험예 5 : 함수율, 고위 발열량, 고정탄소 측정
제조예 및 비교제조예에서 제조한 착화 목탄의 건량 기준 함수율(%), 고위 발열량(㎉/㎏) 및 고정탄소(%)을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
(1) 함수율(%) 측정 방법은 다음과 같다.
덮개가 있는 칭량병을 105 ± 3℃에서 무게가 0.01g 수준에서 변화가 없을 때까지 건조한 후, 흡습제가 들어있는 데시케이터에서 상온으로 냉각시킨다. 덮개를 포함하여 칭량병의 무게를 0.01g 수준까지 측정하여 기록한다. 그리고, 착화 목탄을 최소 20g의 시료를 칭량병에 균일한 층이 되도록 넣은 후 덮개를 포함하여 무게를 측정한다. 덮개를 제거한 후 105 ± 3℃의 온도에서 시료를 포함한 접시의 무게가 0.01g 수준에서 변화가 없을 때까지 건조를 수행한다. 이 때 덮개는 동일 오븐에서 건조가 되도록 한다. 다음으로, 오븐에서 덮개를 씌운 후, 데시케이터로 옮기고 상온까지 냉각시킨다. 다음으로, 시료를 포함한 칭량병의 무게를 0.01g 수준에서 측정한다. 측정은 3회 이상 반복한 후, 평균값으로 나타내었으며, 하기 수학식 2에 의거하여 계산하였다.
[수학식 2]
함수율(%) = (m2-m3)/ (m2-m1) ×100(%)
수학식 2에서, m1 : 빈 칭량병 + 덮개 무게(g), m2 : 칭량병 + 덮개 + 시료의 건조 전 무게(g), m3 : 칭량병 + 덮개 + 시료의 건조 후 무게(g)이다.
(2) 고위 발열량(㎉/㎏) 측정은 다음과 같다.
자동 열량계로 시료를 연소시켜 그 동안의 온도 상승을 측정하고, 시료 1kg에 대한 kcal나 MJ(20℃)수를 구하여 발열량을 측정하였다. 대표할 수 있는 시료를 채취하여 1㎜ 금속망 체를 통과하는 크기로 조정한 후 건조한 시료에 대하여 열량을 측정하였으며, 표준물질인 안식향산을 사용하여 열량을 조정한 열량계를 사용하였으며, 고위 발열량 계산은 하기 수학식 3에 의거하여 계산하였다.
[수학식 3]
건조시료의 발열량(㎉/㎏) = 발열량 측정값(kal)/건조시료 무게(kg)
(3) 고정탄소(%) 함량 측정
고정탄소 함량은 ASTM D7582(Practice for Proximate Analysis of Coal and Coke) 방법에 의거하여 측정하였다.
(4) 착화 시간 측정
착화 시간은 약한 화력의 토치로 착화 목탄에 가하여 완전 착화 여부를 눈으로 확인하여 측정하였다.
구분 함수율
(%)		 고위 발열량
(㎉/㎏)		 고정
탄소
함량
(%)		 착화
시간
(초)		 구분 함수율
(%)		 고위 발열량
(㎉/㎏)		 고정
탄소
함량
(%)		 착화
시간
(초)
제조예 1 7.6 5,350 35.2 72 비교제조예 1 7.5 5,320 35.2 85
제조예 2 7.7 5,330 35.2 74 비교제조예 2 7.6 5,410 35.2 70
제조예 3 7.5 5,370 35.2 70 비교제조예 3 7.6 5,310 35.2 87
제조예 4 7.5 5,340 34.7 73 비교제조예 4 7.5 5,370 35.2 71
제조예 5 7.5 5,380 35.4 72 비교제조예 5 7.6 5,390 35.4 88
제조예 6 7.6 5,380 35.2 68 비교제조예 6 7.6 4,930 33.5 92
제조예 7 7.6 5,410 35.8 63 비교제조예 7 7.6 5,490 36.7 62
제조예 8 7.6 5,430 35.9 59 비교제조예 8 7.6 4,980 34.5 84
제조예 9 7.6 5,430 36.0 58 비교제조예 9 7.6 5,460 36.2 69
제조예 10 7.6 5,390 35.4 75 - - - - -
제조예 11 7.6 5,120 33.5 80 - - - - -
제조예 12 7.6 5,480 36.4 65 - - - - -
제조예 13 7.6 5,210 34.7 76 - - - - -
제조예 14 7.6 5,440 36.0 69 - - - - -
표 9를 살펴보면, 점화제 사용량이 연소제 1 중량비에 대하여 0.20 중량비 미만인 0.16 중량비로 사용한 젤형 착화제로 제조한 비교제조예 3의 경우, 제조예 1과 비교할 때, 착화 시간이 급격하게 길어지는 문제가 있었으며, 점화제 사용량이 연소제 1 중량비에 대하여 0.35 중량비를 초과한 0.50 중량비로 사용한 젤형 착화제로 제조한 비교제조예 4의 경우, 제조예 1과 비교할 때, 착화 시간 단축 효과가 미비했으며, 오히려 점화 후 연기가 과량 발생하는 문제가 있었다.
또한, 보조연소제 사용량이 연소제 1 중량비에 대하여 0.30 중량비 미만인 0.270 중량비로 사용한 젤형 착화제로 제조한 비교제조예 1의 경우, 제조예 1 및 제조예 2와 비교할 때, 착화 시간이 급격하게 길어지는 문제가 있었다. 그리고, 보조연소제 사용량이 연소제 1 중량비에 대하여 0.45 중량비를 초과한 0.50 중량비를 사용한 비교제조예 2의 경우, 제조예 1 및 제조예 3과 비교할 때, 착화 시간 단축 효과가 미비하였다.
또한, 동결방지제를 4.5 중량부를 초과한 5.0 중량부를 사용한 비교예 8의 젤형 착화제로 제조한 비교제조예 5의 경우, 제조예 1 및 제조예 10과 비교할 때, 착화 시간이 급격하게 증가하는 문제가 있었다.
그리고, 젤형 착화제 사용량이 25 중량부 미만인 20 중량부로 사용한 비교제조예 6의 경우, 제조예 1 및 제조예 11과 비교할 때, 착화시간이 너무 길어지는 문제가 있고, 젤형 착화제 사용량이 40 중량부를 초과한 42 중량부를 사용한 비교제조예 7의 경우, 제조예 1 및 제조예 12와 비교할 때, 착화시간이 매우 빠르나, 상기 실험예 3에서 확인한 바와 같이 바륨 함량이 10.5%을 초과하는 문제가 있다.
또한, 전분 사용량이 3 중량부 미만인 2 중량부로 사용한 비교제조예 8의 경우, 제조예 1 및 제조예 13과 비교할 때, 전분 사용량이 적어서 성형이 잘 되지 않았고, 그 결과, 착화 시간도 길어지는 문제가 있었다. 그리고, 전분 사용량이 7 중량부를 초과한 10 중량부를 사용한 비교제조예 9의 경우, 제조예 1 및 제조예 14와 비교할 때, 착화 시간 측면에서 큰 변화가 없었다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여, 본 발명의 젤형 착화제 및 이를 이용하여 제조한 착화 목탄이 바륨 함량이 낮고, 이외의 비소, 카드뮴 등의 유해 물질을 매우 극소량으로만 포함하는 친환경 착화제 및/또는 착화 목탄을 제공할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이러한, 본 발명의 젤형 착화제는 개별 포장되어 사용되거나, 캠핑용 젤형 착화제로 판매될 수도 있다. 또한, 본 발명의 젤형 착화제는 착화 목탄 제조시 적용하여 저바륨 친환경 착화 목탄을 상업적으로 제공할 수도 있다.

Claims (13)

  1. 연소제, 점화제 및 보조연소제를 포함하는 혼합물, 바인더 및 용제를 포함하며,
    상기 혼합물은 연소제, 점화제 및 보조연소제를 1 : 0.20 ~ 0.35: 0.30 ~ 0.45 중량비로 포함하고,
    상기 용제는 물 또는 농도 5 ~ 20 부피%인 에탄올 수용액을 포함하고,
    상기 혼합물, 바인더 및 용제 외에 분산제 및 동결방지제 중에서 선택된 1종 이상을 더 포함하며,
    상기 분산제는 탄소수 14 ~ 20의 고급 지방알코올을 포함하고,
    상기 동결방지제는 메틸셀로솔브, 트리폴리인산나트륨, 소듐아세테이트 및 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 젤형 착화제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연소제는 질산바륨을 포함하고,
    상기 점화제는 질산나트륨을 포함하며,
    상기 보조연소제는 질산칼슘; 질산칼륨, 질산마그네슘 및 질산암모늄을 포함하는 질산 혼합물; 및 스트론튬(Sr); 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 젤형 착화제.
  3. 제2항에 있어서, 상기 질산 혼합물은 질산칼륨 30 ~ 40 중량%, 질산마그네슘 25 ~ 35 중량% 및 잔량의 질산암모늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 젤형 착화제.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바인더는 당밀(molasses) 및 카르복시메틸 셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose, CMC) 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 젤형 착화제.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여, 상기 바인더 4.0 ~ 10.0 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 젤형 착화제.
  7. 숯; 전분; 및 제1항 내지 제4항 및 제6항 중에서 선택된 어느 한 항의 젤형 착화제;를 포함하는 혼합물의 건조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 저바륨 착화 목탄.
  8. 제7항에 있어서, 상기 숯은 야자탄 25 ~ 35 중량% 및 잔량의 점화탄(야자탄은 제외한다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 저바륨 착화 목탄.
  9. 제7항에 있어서, 숯 100 중량부에 대하여, 전분 3 ~ 7 중량부 및 상기 젤형 착화제 25 ~ 40 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저바륨 착화 목탄.
  10. 제9항에 있어서, 숯 100 중량부에 대하여, 톱밥 5 ~ 15 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저바륨 착화 목탄.
  11. 제7항에 있어서, 상기 건조물은 건량기준 바륨(Ba) 함량이 10.5 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 저바륨 착화 목탄.
  12. 숯 및 전분을 혼합기에 투입한 후, 교반하는 1단계;
    1단계의 교반물에 제1항 내지 제4항 및 제6항 중에서 선택된 어느 한 항의 젤형 착화제를 투입한 후, 교반하는 2단계;
    스팀을 공급하여 전분 활성화시키는 3단계;
    성형시켜서 성형물을 제조하는 4단계; 및
    상기 성형물을 건조시키는 5단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 저바륨 착화 목탄의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 1단계는 톱밥을 혼합기에 더 투입 및 혼합하는 것을 특징으로 하는 저바륨 착화 목탄의 제조방법.
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