KR102207266B1 - 성형탄용 바인더, 이를 포함하는 성형탄 및 이를 이용한 성형탄의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미알파화 전분 및 알파화 전분을 포함하는 성형탄용 바인더; 상기 성형탄용 바인더가 첨가된 성형탄; 그리고 상기 성형탄용 바인더를 이용하여 성형탄을 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 성형탄용 바인더는 인체에 무해하고 성형탄의 성형성 및 강도를 향상시킨다. 또한, 본 발명에 따른 성형탄용 바인더를 사용하여 성형탄을 제조하는 경우 리그닌, 생석회, 산 수용액, 탄소섬유, 광물질, 알코올 등과 같은 별도의 첨가제를 필요로 하지 않기 때문에 작업이 복잡하지 않고 경제성이 개선된다. 또한, 본 발명에 따른 성형탄용 바인더는 당밀을 포함하지 않기 때문에 불쾌한 냄새의 발생 및 작업장의 오염 우려가 없다.

Description

성형탄용 바인더, 이를 포함하는 성형탄 및 이를 이용한 성형탄의 제조방법{Binder for coal briquette, coal briquette comprising the same and manufacturing method of coal briquette using the same}
본 발명은 성형탄용 바인더 및 이를 이용한 성형탄의 제조방법 등에 관한 것으로서, 더 상세하게는 성형탄의 일 구성성분으로 첨가되어 성형탄의 압축강도 및 낙하강도를 향상시킬 수 있는 바인더, 이를 포함하는 성형탄 및 이를 이용하여 성형탄을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고로용 코크스의 제조를 위하여 이용되는 원료탄은 생산지에서 최종 소비지까지 이송되는 과정에서 외부환경의 요인에 의하여 상당량의 분진이 발생하는데, 분진 발생을 억제하기 위하여 수분을 도포하여야 하고, 또 야드(Yard)에 노출되어 보관되는 과정에서 건기 내지 우기 등의 환경적인 요인에 의해 원료탄은 그 내부에 상당한 양의 수분이 함유된다.
통상적으로 코크스 제조용 원료탄은 함유된 수분을 감소 내지 건조시킴으로써 코크스로 내의 장입밀도를 증가시켜 코크스의 강도 향상을 도모할 뿐 아니라 건류시간을 단축시켜 코크스의 생산성 향상을 도모하고 있다. 상기한 바와 같이 코크스의 강도 향상 및 생산성 향상을 위하여 8 내지 12% 정도의 수분을 포함하는 원료탄은 CMCP(Coal Moisture Control Process)라는 설비를 통하여 5 내지 6% 정도의 수분함량으로 저감 내지 건조되어 코크스의 제조에 이용되고 있으나, 이러한 수분함량의 저감 내지 건조를 위한 처리과정에서 상당한 양의 미분탄(Dust coal)이 발생되어 작업환경의 악화와 하천 및 해양의 수질오염에 문제를 일으키고 있을 뿐 아니라, 미분탄의 발생은 원료탄(석탄)의 손실로 이어지며, 이로 인한 원료탄(석탄)의 손실은 시간당 수십 톤에 달하고 있으므로 발생된 미분탄의 적절한 재활용을 도모하기 위한 기술개발에 많은 연구가 진행되고 있다.
상기 미분탄의 대표적인 재활용 기술로는 미분탄을 바인더 등과 혼합한 후 압축성형 하여 성형탄을 제조하는 방법이 있다. 미분탄으로부터 성형탄을 제조할 때 바인더로는 주로 당밀 또는 전분이 사용되는데, 이 경우 성형성이 양호하지 않고 원하는 강도를 얻기가 어려운 문제가 있다. 이를 해결하기 위한 선행기술을 살펴보면, 예를 들어 대한민국 등록특허공보 제10-1418063호에는 미분탄 100 중량부에 대해 1~5 중량부의 경화제(생석회)와 5~15 중량부의 바인더(당밀 또는 전분)를 혼합한 후 성형하여 성형탄을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제10-1674890호에는 미분탄, 탄소 섬유, 및 바인더(당밀 또는 전분)를 혼합한 후 성형하여 성형탄을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1634071호에는 미분탄 100 중량부에 대해 3 중량부 내지 15 중량부의 당밀 및 0.05 중량부 내지 0.5 중량부의 포름알데히드, 글루타알데히드 또는 파라포름알데히드를 혼합한 후 성형하여 성형탄을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1709206호에는 전분, 산 수용액 및 물을 혼합하여 바인더 혼합물을 제조하는 단계; 미분탄 및 상기 바인더 혼합물을 혼합하여 배합탄을 제조하는 단계; 및 상기 배합탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함하는 성형탄 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1797738호에는 전분, 리그닌, 산 수용액 및 물을 혼합하여 바인더 혼합물을 제조하는 단계; 미분탄 및 상기 바인더 혼합물을 혼합하여 배합탄을 제조하는 단계; 및 상기 배합탄을 성형하여 성형탄을 제조하는 단계를 포함하는 성형탄 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1031933호에는 (a) 미분탄을 6mm 이하의 입도로 파쇄하는 단계; (b) 상기 파쇄된 미분탄과 미분탄 100중량부 대비 결합제[알파전분(Alpha Starch)과 벤토나이트(Bentonite)로 구성됨] 3 ~ 10중량부를 혼합하는 단계; (c) 상기 혼합된 미분탄과 미분탄 100중량부 대비 물 5 ~ 10중량부를 혼합하는 단계; (d) 상기 혼합된 미분탄을 가압하여 성형탄으로 성형하는 단계; (e) 상기 성형탄을 50 ~ 250℃의 온도에서 0.5 ~ 12시간 동안 건조하는 단계; 및 (f) 상기 건조된 성형탄을 최대 48시간 동안 공냉시키는 단계; 를 포함하는 성형탄의 제조방법이 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1565506호에는 당밀과 물을 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물에 산을 첨가하는 단계, 상기 혼합물에 배양균을 첨가하여 상기 혼합물을 발효시키는 단계, 상기 혼합물을 증류시켜서 알코올을 제거하는 단계, 상기 혼합물을 농축시키는 단계, 상기 혼합물을 탈수하는 단계, 및 상기 혼합물을 경사 분리하는 단계를 포함하는 성형탄용 바인더의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 선행기술들은 성형탄의 성형성 및 강도를 향상시키기 위해 바인더로 당밀 또는 전분 이외의 성분을 추가로 요구하고 있고 그로 인해 제조공정의 복잡성, 제조원가의 상승, 인체에 대한 유해성, 작업장의 오염 등과 같은 다양한 문제점이 발생한다.
본 발명은 종래의 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인체에 무해하고 성형탄의 성형성, 강도 등을 향상시킬 수 있는 성형탄용 바인더를 제공하는데에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 상기 바인더가 첨가된 성형탄 또는 상기 바인더를 이용하여 성형탄을 제조하는 방법을 제공하는데에 있다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 미알파화 전분 및 알파화 전분을 포함하고, 건조 중량을 기준으로 미알파화 전분 대 알파화 전분의 중량비가 99.9:0.1 내지 40:60인 것을 특징으로 하는 성형탄용 바인더를 제공한다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 미분탄 및 상기 성형탄용 바인더를 포함하고 조성물의 형태를 가지는 성형탄을 제공한다.
상기 목적을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 예는 미분탄, 상기 성형탄용 바인더 및 물(water)을 혼합하여 배합탄을 제조하는 단계; 및 상기 배합탄을 압축성형하여 성형물을 제조하는 단계를 포함하는 성형탄의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 성형탄용 바인더는 인체에 무해하고 성형탄의 성형성 및 강도를 향상시킨다. 또한, 본 발명에 따른 성형탄용 바인더를 사용하여 성형탄을 제조하는 경우 리그닌, 생석회, 산 수용액, 탄소섬유, 광물질, 알코올 등과 같은 별도의 첨가제를 필요로 하지 않기 때문에 작업이 복잡하지 않고 경제성이 개선된다. 또한, 본 발명에 따른 성형탄용 바인더는 당밀을 포함하지 않기 때문에 불쾌한 냄새의 발생 및 작업장의 오염 우려가 없다.
본 발명의 일 측면은 성형탄 제조에 사용되는 성형탄용 바인더에 관한 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더는 미알파화 전분 및 알파화 전분을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더는 바람직하게는 조성물의 형태를 가진다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더는 성형탄의 성형성, 성형탄의 강도 등을 고려할 때 건조 중량을 기준으로 미알파화 전분 대 알파화 전분의 중량비가 99.9:0.1 내지 40:60인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더는 성형탄의 성형성, 성형탄의 강도, 성형탄의 경제성 등을 고려할 때 건조 중량을 기준으로 미알파화 전분 대 알파화 전분의 중량비가 99.5:0.5 내지 40:60인 것이 더 바람직하고, 99:1 내지 50:50인 것이 가장 바람직하다. 본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더에서 미알파화 전분 함량이 전제 건조 중량을 기준으로 0.1 중량% 미만인 경우 성형탄의 압축강도 및 낙하강도가 통상적으로 요구되는 수준보다 낮아질 염려가 있고, 미알파화 전분 함량이 전제 건조 중량을 기준으로 70 중량%를 초과하면 성형탄의 성형성이 불량하고 성형탄의 제조 원가가 너무 커서 성형탄의 상업성이 문제될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더는 수분 함량이 5~15 중량%인 것이 바람직하고 8~13 중량%인 것이 더 바람직하다. 본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더의 수분 함량은 미알파화 전분 자체의 수분 함량, 알파화 전분 자체의 수분 함량 및 성형탄용 바인더에 포함되는 미알파화 전분과 알파화 전분의 중량비 등에 의해 결정된다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄용 바인더의 일 구성성분인 미알파화 전분과 알파화 전분의 구체적인 설명은 다음과 같다.
미알파화 전분 및 알파화 전분
본 발명에서 사용되는 용어 "알파화 전분"이란 비변성 전분 또는 변성 전분을 압출기, 드럼 건조기 또는 다른 열처리 등으로 미리 호화시켜 알파화한 전분을 말한다. 상기 비변성 전분은 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 타피오카 전분, 사고 전분(sago starch), 소검 전분(sorghum starch), 고아밀로오스 전분(예를 들어 아밀로오스 함량이 적어도 40 중량% 이상인 전분) 등에서 선택될 수 있다. 상기 변성 전분은 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 타피오카 전분, 사고 전분(sago starch), 소검 전분(sorghum starch), 고아밀로오스 전분(예를 들어 아밀로오스 함량이 적어도 40 중량% 이상인 전분) 등에서 선택되는 비변성 전분을 에스테르화 반응, 에테르화 반응, 가교결합 반응, 에스테르화 반응 및 가교결합 반응 또는 에테르화 반응 및 가교결합 반응시켜 그 구조 및 물리화학적 특성을 변화시킨 전분을 의미한다. 예를 들어, 에스테르화 반응에 의해 변성된 전분으로는 아세트산 전분(Starch Acetate), 인산일 전분(Monostarch Phosphate) 등이 있고, 에테르화 반응에 의해 변성된 전분으로는 하이드록시프로필 전분(Hydroxypropyl Starch) 등이 있고, 가교결합 반응에 의해 변성된 전분으로는 인산이 전분(Distarch Phosphate) 등이 있고, 에스테르화 반응 및 가교결합 반응에 의해 변성된 전분으로는 아세틸아디핀산이 전분(Acetylated Distarch Adipate), 아세틸인산이 전분(Acetylated Distarch Phosphate), 인산화인산이 전분(Phosphated Distarch Phosphate) 등이 있고, 에테르화 반응 및 가교결합 반응에 의해 변성된 전분으로는 하이드록시프로필인산이 전분(Hydroxypropyl Distarch Phosphate) 등이 있다. 본 발명에서 알파화 전분은 성형탄의 성형성, 강도 및 경제성을 고려할 때 옥수수 전분의 알파화 전분인 것이 바람직하다.
본 발명에서 미알파화 전분은 알파화 처리하지 않은 일반 전분(또는 비변성 전분)을 의미한다. 상기 미알파화 전분은 예를 들어 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 타피오카 전분, 사고 전분(sago starch), 소검 전분(sorghum starch), 고아밀로오스 전분(예를 들어 아밀로오스 함량이 적어도 40 중량% 이상인 전분) 등에서 선택될 수 있으며, 이 중 성형탄의 성형성, 강도 및 경제성을 고려할 때 옥수수 전분인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면은 성형성, 강도 등이 우수한 성형탄에 관한 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄은 미분탄 및 전술한 바인더를 포함하고 조성물의 형태를 갖는다. 본 발명의 일 예에 따른 성형탄에서 미분탄 및 바인더의 함량 관계는 크게 한정되는 않는다. 본 발명의 일 예에 따른 성형탄은 성형성, 강도, 경제성 등을 고려할 때 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 0.5~8 중량부를 포함하는 것이 바람직하고, 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 1~6 중량부를 포함하는 것이 더 바람직하고, 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 1.5~5 중량부를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 일 구성성분인 미분탄은 입경이 약 8㎜ 이하, 바람직하게는 5㎜ 이하인 석탄의 분진을 의미한다. 상기 미분탄은 그 종류가 크게 제한되지 않으며 유연탄 분진, 코크스(Cokes) 분진 등에서 선택될 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 미분탄은 바인더와의 혼합성, 성형탄의 품질 등을 고려할 때 입경이 약 2㎜ 이하인 것이 바람직하고, 1㎜ 이하인 것이 더 바람직하다. 예를 들어, 본 발명에서 사용되는 미분탄은 입경이 0.01~2㎜인 코크스 분진일 수 있고, 바람직하게는 입경이 0.01~1㎜인 코크스 분진일 수 있으며, 더 바람직하게는 입경이 0.01~0.2㎜인 코크스 분진과 입경이 0.2~1㎜인 코크스 분진의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 측면은 성형성, 강도 등이 우수한 성형탄의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 제조방법은 미분탄, 전술한 바인더 및 물(water)을 혼합하여 배합탄을 제조하는 단계; 및 상기 배합탄을 압축성형하여 성형물을 제조하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 제조방법은 바람직하게는 상기 성형물을 양생(Curing)하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명에서 양생은 건조와 호환되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 제조방법에서 상기 배합탄은 바람직하게는 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 0.5~8 중량부를 포함하고, 더 바람직하게는 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 1~6 중량부를 포함하고, 가장 바람직하게는 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 1.5~5 중량부를 포함한다. 또한, 상기 배합탄의 수분 함량은 원활한 압축성형을 담보하는 범위라면 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 10~30 중량%의 범위에서 선택될 수 있고, 15~25 중량%의 범위에서 선택되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 제조방법 중 상기 배합탄을 제조하는 단계에서 물(water)의 첨가량은 미리 설절된 배합탄의 수분 함량에 맞게 조정될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 제조방법에서 압축성형시 가해지는 압력은 성형을 담보하는 범위라면 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 100~400 ㎏f일 수 있고, 150~300 ㎏f일 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 제조방법에서 양생(또는 건조) 온도는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 10~150℃에서 선택될 수 있고 20~125℃에서 선택될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 예에 따른 성형탄의 제조방법에서 양생(또는 건조) 시간은 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 0.5~48 hr에서 선택될 수 있고 1~24 hr 에서 선택될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 기술적 특징을 명확하게 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 바인더 및 성형탄의 제조
제조예 1-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 또한, 일반 옥수수 전분(수분 함량 : 11.98 중량%) 및 알파화 옥수수 전분(수분 함량 : 9.35 중량%)을 95:5의 중량비로 혼합하여 바인더를 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 4 중량부 및 물(water) 24.6 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
제조예 1-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 3 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.5 중량부인 점을 제외하고 제조예 1-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
제조예 1-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 2 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.3 중량부인 점을 제외하고 제조예 1-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
제조예 2-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 또한, 일반 옥수수 전분(수분 함량 : 11.98 중량%) 및 알파화 옥수수 전분(수분 함량 : 9.35 중량%)을 90:10의 중량비로 혼합하여 바인더를 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 4 중량부 및 물(water) 24.6 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
제조예 2-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 3 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.5 중량부인 점을 제외하고 제조예 2-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
제조예 2-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 2 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.3 중량부인 점을 제외하고 제조예 2-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
제조예 3-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 또한, 일반 옥수수 전분(수분 함량 : 11.98 중량%) 및 알파화 옥수수 전분(수분 함량 : 9.35 중량%)을 85:15의 중량비로 혼합하여 바인더를 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 4 중량부 및 물(water) 24.6 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
제조예 3-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 3 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.5 중량부인 점을 제외하고 제조예 3-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
제조예 3-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 2 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.3 중량부인 점을 제외하고 제조예 3-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
제조예 4-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 또한, 일반 옥수수 전분(수분 함량 : 11.98 중량%) 및 알파화 옥수수 전분(수분 함량 : 9.35 중량%)을 50:50의 중량비로 혼합하여 바인더를 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 4 중량부 및 물(water) 24.6 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
제조예 4-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 3 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.5 중량부인 점을 제외하고 제조예 4-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
제조예 4-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 2 중량부이고 물(water) 첨가량이 24.4 중량부인 점을 제외하고 제조예 4-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 1-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더로 고형분 농도가 약 75 브릭스(Birx)인 당밀(수분 함량 : 25 중량%) 4.21 중량부 및 경화제로 생석회(수분 함량 : 6 중량%) 0.89 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
비교예 1-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 3.16 중량부이고 경화제 첨가량이 0.67 중량부인 점을 제외하고 비교예 1-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 1-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 2.1 중량부이고 경화제 첨가량이 0.447 중량부인 점을 제외하고 비교예 1-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 2-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 또한, 일반 옥수수 전분(수분 함량 : 11.98 중량%) 및 리그닌(수분 함량 : 7.8 중량%)을 50:50의 중량비로 혼합하여 바인더를 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 4 중량부, 5 중량% 농도의 아세트산 수용액(수분 함량 : 95 중량%) 0.5 중량부 및 물(water) 2 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
비교예 2-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 3 중량부이고, 아세트산 수용액 첨가량이 0.375 중량부이고, 물(water) 첨가량이 1.5 중량부인 점을 제외하고 비교예 2-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 2-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 바인더 첨가량이 2 중량부이고, 아세트산 수용액 첨가량이 0.25 중량부이고, 물(water) 첨가량이 1 중량부인 점을 제외하고 비교예 2-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 3-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 일반 옥수수 전분(수분 함량 : 11.98 중량%) 4 중량부 및 물(water) 24.6 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
비교예 3-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 일반 옥수수 전분 첨가량이 3 중량부이고, 물(water) 첨가량이 24.5 중량부인 점을 제외하고 비교예 3-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 3-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 일반 옥수수 전분 첨가량이 2 중량부이고, 물(water) 첨가량이 24.3 중량부인 점을 제외하고 비교예 3-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 4-1.
입도 80 메쉬(mesh) 및 입도 20 메쉬(mesh)가 50:50의 중량비로 혼합된 코크스 분진(수분 함량 : 0.67 중량%)을 준비하였다. 이후, 코크스 분진 100 중량부에 대하여 알파화 옥수수 전분(수분 함량 : 9.35 중량%) 4 중량부 및 물(water) 24.7 중량부를 첨가하고 상온에서 약 3분 동안 균일하게 혼합하여 배합탄을 제조하였다. 이후, 배합탄을 유압 프레스 성형기로 압축성형(압력 : 200 ㎏f)하여 두께가 약 3.0~3.5㎝이고 무게가 약 60g인 성형탄을 제조하였다.
비교예 4-2.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 알파화 옥수수 전분 첨가량이 3 중량부이고, 물(water) 첨가량이 24.5 중량부인 점을 제외하고 비교예 4-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
비교예 4-3.
코크스 분진 100 중량부에 대하여 알파화 옥수수 전분 첨가량이 2 중량부이고, 물(water) 첨가량이 24.4 중량부인 점을 제외하고 비교예 4-1과 동일한 조건 및 방법으로 성형탄을 제조하였다.
2. 성형탄의 성형성 및 물성 측정
(1) 성형성
제조예 1-1 내지 1-3, 제조예 2-1 내지 2-3, 제조예 3-1 내지 3-3, 제조예 4-1 내지 4-3, 비교예 1-1 내지 1-3, 비교예 2-1 내지 2-3, 비교예 3-1 내지 3-3, 비교예 4-1 내지 4-3에서 압축성형시 성형탄의 형태를 관찰한 결과 바인더로 알파화 옥수수 전분만을 사용한 비교예 4-1 내지 4-3에서 성형물의 가장자리가 크게 파손되는 현상이 발생하였다. 추가적인 실험을 통해 성형탄의 성형성을 관찰한 결과, 바인더로 일반 옥수수 전분 및 알파화 옥수수 전분의 혼합물을 사용할 때 바인더 내에서 건조 중량을 기준으로 알파화 옥수수 전분의 함량이 60 중량%를 초과하면 성형성이 현저하게 불량한 것으로 나타났다.
(2) 압축강도
제조예 1-1 내지 1-3, 제조예 2-1 내지 2-3, 제조예 3-1 내지 3-3, 제조예 4-1 내지 4-3, 비교예 1-1 내지 1-3, 비교예 2-1 내지 2-3, 비교예 3-1 내지 3-3, 비교예 4-1 내지 4-3에서 제조한 성형탄을 약 120℃에서 약 1 hr 동안 건조한 후, 성형탄 상부를 일정한 속도로 눌러 하중을 가하고 성형탄이 파괴될 때의 최고 하중을 측정하였다. 하기 표 1에 제조예 1-1 내지 1-3, 제조예 2-1 내지 2-3, 제조예 3-1 내지 3-3, 제조예 4-1 내지 4-3, 비교예 1-1 내지 1-3, 비교예 2-1 내지 2-3, 비교예 3-1 내지 3-3, 비교예 4-1 내지 4-3에서 제조한 성형탄의 압축강도 측정 결과를 나타내었다.
성형탄 구분 압축강도(㎏f) 성형탄 구분 압축강도(㎏f)
제조예 1-1 7.8 비교예 1-1 5.7
제조예 1-2 6.6 비교예 1-2 5.5
제조예 1-3 6.4 비교예 1-3 4.8
제조예 2-1 8.4 비교예 2-1 5.2
제조예 2-2 7.3 비교예 2-2 5.0
제조예 2-3 6.6 비교예 2-3 4.4
제조예 3-1 8.8 비교예 3-1 5.7
제조예 3-2 7.8 비교예 3-2 5.0
제조예 3-3 7.4 비교예 3-3 4.3
제조예 4-1 9.1 비교예 4-1 28.6
제조예 4-2 8.1 비교예 4-2 26.7
제조예 4-3 7.8 비교예 4-3 13.4
상기 표 1에서 보이는 바와 같이 제조예 1-1 내지 4-3에서 제조한 성형탄은 비교예 1-1 내지 3-3에서 제조한 성형탄에 비해 매우 높은 압축강도를 보였다. 한편, 바인더로 알파화 옥수수 전분만을 사용한 비교예 4-1 내지 4-3은 압축강도는 가장 우수하였으나 성형성이 현저하게 불량하고 제조원가가 매우 높아 성형탄의 제품화 관점에서 치명적인 약점을 갖는 것으로 평가하였다.
(3) 낙하강도
제조예 1-1, 제조예 2-1, 제조예 3-1, 제조예 4-1, 비교예 1-1, 비교예 2-1, 비교예 3-1, 비교예 4-1에서 제조한 성형탄을 상온에서 1hr 또는 24 hr 동안 양생한 후, 지상으로부터 1.5m 높이에서 성형탄을 4회 또는 8회 낙하시키고, 20㎜ 이상의 입도로 형태를 유지하는 성형탄의 무게를 측정하였다. 이후, 전체 성형탄 무게를 기준으로 낙하 후 20㎜ 이상의 입도로 형태를 유지하는 성형탄의 무게를 백분율로 나타내었다. 하기 표 2에 제조예 1-1, 제조예 2-1, 제조예 3-1, 제조예 4-1, 비교예 1-1, 비교예 2-1, 비교예 3-1, 비교예 4-1에서 제조한 성형탄의 낙하강도 측정 결과를 나타내었다.
성형탄
구분		 낙하강도(%), 4회 낙하 낙하강도(%), 8회 낙하
1hr 양생 24hr 양생
 1hr 양생 24hr 양생
제조예 1-1 87.4 91.3 84.5 80.2
제조예 2-1 88.4 92.8 85.4 81.2
제조예 3-1 90.6 94.2 87.8 83.0
제조예 4-1 92.8 95.6 89.2 85.2
비교예 1-1 85.5 90.1 83.1 79.4
비교예 2-1 80.4 86.5 78.5 72.5
비교예 3-1 45.5 89.1 82.5 78.4
비교예 4-1 92.7 94.5 87.2 84.2
상기 표 2에서 보이는 바와 같이 제조예 1-1 내지 4-1에서 제조한 성형탄은 비교예 1-1 내지 3-1에서 제조한 성형탄에 비해 매우 높은 낙하강도를 보였다.
이상에서와 같이 본 발명을 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 미알파화 전분 및 알파화 전분으로 구성되고,
    건조 중량을 기준으로 미알파화 전분 대 알파화 전분의 중량비가 95:5 내지 40:60인 것을 특징으로 하는 성형탄용 바인더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 미알파화 전분은 옥수수 전분이고 상기 알파화 전분은 알파화 옥수수 전분인 것을 특징으로 하는 성형탄용 바인더.
  3. 제1항에 있어서, 건조 중량을 기준으로 미알파화 전분 대 알파화 전분의 중량비가 95:5 내지 50:50인 것을 특징으로 하는 성형탄용 바인더.
  4. 제1항에 있어서, 수분 함량이 5~15 중량%인 것을 특징으로 하는 성형탄용 바인더.
  5. 미분탄 및 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 성형탄용 바인더를 포함하고 조성물의 형태를 가지는 성형탄.
  6. 제5항에 있어서, 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 0.5~8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형탄.
  7. 제6항에 있어서, 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 1~6 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형탄.
  8. 미분탄, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 성형탄용 바인더 및 물(water)을 혼합하여 배합탄을 제조하는 단계; 및 상기 배합탄을 압축성형하여 성형물을 제조하는 단계를 포함하는 성형탄의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 배합탄은 건조 중량을 기준으로 미분탄 100 중량부에 대하여 바인더 0.5~8 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형탄의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 배합탄의 수분 함량은 15~25 중량%인 것을 특징으로 하는 성형탄의 제조방법.
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