KR102274209B1 - 친환경 융빙-결빙 방지제 - Google Patents

친환경 융빙-결빙 방지제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염화칼슘 및 염화나트륨의 사용을 최소화하면서도 융빙에 대한 속효성과 지속성을 확보할 수 있고, 블랙 아이스를 포함한 도로 상의 아이스를 확실하게 융빙시킬 수 있음과 아울러, 결빙되는 것을 예방할 수 있으며, 나아가 친환경 조성물을 포함하여 친환경적이면서 토양 개량과 융설 효과를 도모할 수 있는 친환경 융빙-결빙 방지제에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 도로 상의 결빙을 예방하거나 결빙을 융빙하기 위한 융빙-결빙 방지제로서, 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 소금(NaCl), 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 패각 분말, 및 광루미네선스 물질(photoluminescence materials)의 조성을 포함하고, 상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 및 패각 분말 각각은 과립체로 형성되며, 상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질 및 유해물 분해물질은 전체 100중량%에 대하여 각각 36중량% ~ 40중량%, 2중량% ~ 6중량%, 45중량% ~ 49중량%, 4중량% ~ 8중량%, 1중량% ~ 3중량%의 조성비율로 이루어지이고, 패각 분말과 광루미네선스 물질은 그 합이 전체 100중량%에 대하여 0.2중량% ~ 1중량%의 조성비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 융빙-결빙 방지제가 제공된다.

Description

친환경 융빙-결빙 방지제 {ECO-FRIENDLY COMPOSITION AGENT FOR MELTING ICE AND PREVENTING ICING}
본 발명은 친환경 융빙-결빙 방지제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염화칼슘 및 염화나트륨의 사용을 최소화하면서도 융빙에 대한 속효성과 지속성을 확보할 수 있고, 블랙 아이스를 포함한 도로상의 아이스를 확실하게 융빙시킬 수 있고 결빙되는 것을 예방할 수 있음과 아울러, 특히 야간에 안전운전을 위한 식별성을 제공하여 안전사고 예방을 도모할 수 있으며, 나아가 친환경 조성물을 포함하여 친환경적이면서 토양 개량과 융설 효과를 도모할 수 있는 친환경 융빙-결빙 방지제에 관한 것이다.
최근 들어 전 세계의 기상 이변 등으로 인하여 동절기에 한파와 폭설이 우리나라는 물론 전 세계적으로 빈번하게 발생하고 있으며, 그에 따라 도로에 사용되는 제설/융빙제의 사용량도 급증하고 있다.
현재 국내에서 사용하고 있는 제설/융빙제는 가격이 저렴한 염화칼슘(CaCl2)이나 염화나트륨(NaCl)이 대표적이다.
염화칼슘은 조해성이 뛰어난 물질로서, 주변의 수분을 흡수하여 제설작용을 일으킨다. 또한 염화칼슘은 물에 용해될 때 발열반응을 일으키므로, 빠르고 효과적인 제설작업이 가능하다.
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 제설/융빙제이다.
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, 염화칼슘은 물에 용해되어 하천 및 토양에 유입되면서 수질오염 및 토양의 산성화를 유발할 뿐만 아니라 도로변의 초목, 채소 등 식물을 고사시키고 동물의 발과 피부에 피부병, 가려움증을 유발하는 등 환경에 피해를 주는 원인으로 알려져 있다.
이러한 염화칼슘의 문제점을 해결하기 위하여, 최근 식생물에 악영향을 주는염화칼슘보다는 독성이 비교적 적은 염화마그네슘(MgCl2)을 많이 사용하는 추세다.
마그네슘(Mg)이온은 식물 생육에 필요한 인산,칼륨의 흡수를 촉진시키는 작용을 하며, 식물에 나쁜 영향을 주는 나트륨(Na)이온의 흡수를 저감시키는 효과가 있다. 또한 염화물계 제설제의 상기와 같은 문제점을 해결하고자 다양한 비염화물계 제설제도 개발되어 왔다. 대표적으로 요소(urea), 칼슘 마그네슘 아세테이트 (calcium magnesium acetate, CMA)가 공지되어 있다. 한국특허등록 제10-0588820호는 포타슘 아세테이트, 디소듐 숙시네이트, 디포타슘 숙시네이트, 에틸렌글리콜, 에탄올 및 PVA 수용액을 포함하는 비염화물계 저부식성 액상제설제 조성물에 관하여 개시하고 있으나, 에탄올, PVA, 에틸렌글리콜 등의 난분해성 유기물을 대량 사용하고 있어 환경에 대한 부담이 매우 크며 고가로 상용화에는 문제점이 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-0179334호는 비염화물계 제설제의 제조에 있어서, 조개껍질 가루 및/또는 돌로마이트 가루에 초산, 규산소다를 혼합하여 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이 방법은 제설제 성능의 한계 및 복잡한 공정에 의한 채산성의 문제로 상용화 되어 있지 못하다.
또한, 비염화물계 제설제로 잘 알려진 CMA(calcium acetate/magnesium acetate)는 무독성이고 이산화탄소로 생분해되며, 염화칼슘과 같이 물에 용해시 발열작용을 일으키며 소금이나 염화칼슘만큼의 해빙효율을 보인다 (S.ADunn.R.U.Schenk, Federal Highway Administration Report FHWA/RD-79/108, Washinton, D.C. 1980).
지금까지의 친환경 제설/융빙제의 개발 상황을 고찰하면 종래 염화물계 제설제의 부작용인 환경 및 생태계 파괴문제의 극복 및 부식의 완화를 부분적으로 달성하였으나, 결정적으로 소재 자체의 단가가 높아 그 응용이 공항과 같은 제한적인 분야에서만 활용되고 있을 뿐이다. 따라서 저부식성이고 환경친화성이 뛰어나면서도 실용화가 될 수 있는 정도의 경제성을 갖는 신규 제설 조성물 및 제설방법의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 10-0588820(2006.06.12. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-0179334(1999.04.01. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-1168946(2012.08.02. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-0182596(1997.05.28. 공고) 대한민국 공개특허공보 10-2020-0053085(2020.05.18. 공개)
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 염화칼슘 및 염화나트륨의 사용을 최소화하면서도 융빙에 대한 속효성과 지속성을 확보할 수 있고, 블랙 아이스를 포함한 도로상의 아이스를 확실하게 융빙시킬 수 있음과 아울러, 결빙되는 것을 예방할 수 있는 친환경 융빙-결빙 방지제를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 친환경적이면서 토양 개량과 융설 효과를 도모할 수 있는 친환경 융빙-결빙 방지제를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 융빙 또는 결빙 방지 기능과 더불어 융빙 구간이나 지점 또는 결빙 예방 구간이나 지점에 대하여 운전자가 쉽게 인지할 수 있도록 하여 조심 운전과 안전사고 방지를 유도할 수 있는 기능성을 겸비한 친환경 융빙-결빙 방지제를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 도로 상의 결빙을 예방하거나 결빙을 융빙하기 위한 융빙-결빙 방지제로서, 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 소금(NaCl), 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 패각 분말, 및 광루미네선스 물질(photoluminescence materials)의 조성을 포함하고, 상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 및 패각 분말 각각은 과립체로 형성되며, 상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질 및 유해물 분해물질은 전체 100중량%에 대하여 각각 36중량% ~ 40중량%, 2중량% ~ 6중량%, 45중량% ~ 49중량%, 4중량% ~ 8중량%, 1중량% ~ 3중량%의 조성비율로 이루어지이고, 패각 분말과 광루미네선스 물질은 그 합이 전체 100중량%에 대하여 0.2중량% ~ 1중량%의 조성비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 친환경 융빙-결빙 방지제가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 및 패각 분말 각각은, 체 통과 후 잔량의 질량비로서 13.2mm 체에서 0%, 0.6mm체에서 98% ~ 100%인 입도를 갖는 과립체로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 부식 억제방지 물질은 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate)인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유해물 분해물질은 초산(acetic acid), 또는 푸마르산(fumaric acid)의 유기산으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 광루미네선스 물질은 형광 물질 또는 광반사물질로 이루어지며, 상기 광루미네선스 물질은 상기 소금 또는 패각 분말에 코팅되어 이루어질 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 염화칼슘 및 염화나트륨의 사용을 최소화하여 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 도로상의 아이스를 신속하고 확실하게 융빙시킬 수 있으며, 결빙되는 것을 예방할 수 있는 안전 운행을 도모할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 기본적으로 융설 및 융빙 효과를 제공함과 아울러, 토양 개량도 도모할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 융빙 또는 결빙 방지 기능에 더하여 블랙 아이스와 같이 눈에 잘 보이지 않는 융빙 구간이나 지점 또는 결빙 예방 구간이나 지점에 대하여 운전자가 쉽게 인지할 수 있도록 하여 조심 운전과 안전사고 방지를 유도할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 환경부에서 고시하고 있는 친환경 관련 규정에 만족하는 융빙-결빙 방지제를 제공할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제에 대하여 수분 건조함량에 대한 유해원소 검출 유무의 시험 결과를 나타내는 테이블이다.
도 2는 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 비교 예들에 대하여 -5℃에서 실시한 융빙 성능 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 염화칼슘 및 염화나트륨에 대하여 -5℃에서 실시한 융빙 성능 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 대기 온도에 따른 포장체 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 염화칼슘과 염화나트륨 및 비교 예에 대하여 얼음침투깊이 측정 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 강재 부식성의 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 동결융해(KS F 2456) 싸이클에 따른 상대동탄성 계수를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 동결융해(KS F 2456) 싸이클에 따른 중량손실을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 ASTM C 672 시험에 따른 스켈링 저항성을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제는, 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 소금(염화나트륨: NaCl), 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 패각 분말(또는 과립형 조개껍질), 및 광루미네선스 물질(photoluminescence materials)의 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 염화마그네슘(MgCl2)은 습기를 빨아들여 녹는 성질이 있는 조성으로서, 융빙-결빙 방지제가 융빙 속효성을 갖도록 한다.
여기에서, 상기 염화마그네슘은 융빙-결빙 방지제의 전체 중량 100%에 대하여 37.7중량% ~ 42.5중량%, 바람직하게는 38중량%의 조성비율로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 상기 염화마그네슘은 과립체의 것이 이용된다.
상기 염화칼슘(CaCl2)은 종래 제설/융빙제에 이용되는 것과 같이 결빙 아이스에 대하여 초기 융빙력을 증대시키기 위한 조성이다.
여기에서, 상기 염화칼슘(CaCl2)은 융빙-결빙 방지제의 전체 중량 100%에 대하여 2중량% ~ 6중량%, 바람직하게는 4중량%의 조성비율로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
이러한 염화칼슘(CaCl2)은 과립체의 것이 이용된다.
계속해서, 상기 소금(염화나트륨: NaCl) 또한 종래 제설/융빙제에 이용되는 것과 같이 융설과 융빙에 대하여 지속성을 갖도록 하는 조성이다.
여기에서, 상기 소금은 융빙-결빙 방지제의 전체 중량 100%에 대하여 45중량% ~ 49중량%, 바람직하게는 47중량%의 조성비율로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 소금은 소정 입경을 갖는 건조 소금이 이용된다.
또한, 상기 소금은 아래에서 설명될 광루미네선스 물질이 코팅되게 된다.
다음으로, 상기 부식 억제방지 물질은 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate)으로 이루어진다.
상기 부식 억제방지 물질은 융빙-결빙 방지제의 전체 중량 100%에 대하여 4중량% ~ 8중량%, 바람직하게는 6중량%의 조성비율로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 부식 억제방지 물질은 과립체 형태의 것이 이용된다.
또한, 상기 유해물 분해물질은 유해물질을 분해하는 조성으로서, 유기산으로 이루어진다.
상기 유기산은 동식물로부터 얻어지는 성분의 발효나 산화를 통해 제조되는 초산(acetic acid) 또는 푸마르산(fumaric acid)의 유기산이 이용되며, 과립체 형태의 것으로 이루어진다.
여기에서, 상기 유기산은 융빙-결빙 방지제의 전체 중량 100%에 대하여 1중량% ~ 3중량%, 바람직하게는 2중량%의 조성비율로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 패각 분말(조개껍질)은 융설 효과를 가지면서도 토양의 산소(수소이온 농도)를 교정하여 토양을 개량하는 역할을 하게 된다.
상기 패각 분말은 과립체 형태의 것으로 이루어진다.
여기에서, 상기 패각 분말은 융빙-결빙 방지제의 전체 중량 100%에 대하여 1중량% 이하, 바람직하게는 0.2중량% ~ 0.9중량%의 조성비율로 혼합되어 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 친환경 융빙-결빙 방지제는, 조성물의 일 구성요소로서 패각 분말(조개 껍질)을 이용한다.
즉, 본 발명은 조개의 수산가공 과정에서 부산물로 배출되는 해양폐기물뿐만 아니라 식생활에서는 음식물 쓰레기로 배출되어 환경오염의 원인이 되고 있는 조개를 융빙-결빙 방지제의 원료로 재활용함으로써 환경 오염을 감소시키게 된다.
조개 껍질의 성분은 탄산칼슘(CaCo3)이 95 ~ 98%로 광물인 석회석과 같은 성분이며 유기분은 약 2%이다. 해수로부터 생물에 의한 침전물로 형성된 석회분은 비료산업 원료 물질의 중요한 토양 개량제의 부가가치가 높은 자원으로서, 염기성이 약한 반면 대기 중에서 안전성이 크기 때문에 보관 중에 변질이 되지 않아 보관 및 저장이 용이하고, 석회(칼슘)성분은 토양 개량 기능을 하게 된다.
계속해서, 상기 광루미네선스 물질(photoluminescence materials)은 빛에 의해 자극받아 스스로 빛을 내는 물질인 형광 물질 또는 광반사물질로 이루어진다.
이러한 광루미네선스 물질은 용융상태에서 상기 소금이나 패각 분말에 코팅되어 이루어진다.
바람직하게, 상기 광루미네선스 물질은 소금에 코팅되는 것이 바람직하며, 이는 소금 자체가 갖는 빛 반사 성질에 더하여 광루미네선스 물질이 갖는 발광성을 증대시키게 된다.
여기에서, 상기 광루미네선스 물질은 액상 상태의 광루미네선스 물질에 과립체의 소금이나 패각 분말을 침지시켜 코팅하거나, 액상 상태의 광루미네선스 물질을 과립체의 소금이나 패각 분말에 스프레이 분사시켜 코팅되어 구비될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광루미네선스 물질은 융빙-결빙 방지제의 전체 중량 100%에 대하여 0.1중량% 이하의 조성비율로 되어 상기 소금 및/또는 패각 분말에 코팅되어 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 광루미넨스 물질을 포함함으로써 운전자의 안전 운전과 사고 방지에 도움을 주게 된다.
다시 말해서, 겨울철 도로 표면에 얇게 얼어붙은 얼음인 블랙 아이스는 눈에 잘 보이지 않아 멀리서 보면 일반 도로와 같거나 살짝 젖어 있을 정도로 보여 교통사고의 큰 원인으로 지적되고 있는데, 본 발명의 융빙-결빙 방지제는, 짙은 회색계통의 도로 상태에서 눈에 잘 띠는 대비 색상(예를 들면, 노랑색 계통)의 광루미네선스 물질을 포함함으로써 융빙 효과와 더불어 발광하는 광루미네선스 물질 포함의 융빙-결빙 방지제를 인지함으로써 조심 운전과 안전사고 방지를 유도할 수 있게 된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제는, 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 소금(염화나트륨: NaCl), 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 패각 분말(조개껍질), 및 광루미네선스 물질(photoluminescence materials)의 조성으로 이루어지며, 염화마그네슘 37.8중량% ~ 42.5중량%(바람직하게는 38중량%), 염화칼슘(CaCl2) 2중량% ~ 6중량%(바람직하게는 4중량%), 소금 45중량% ~ 49중량%(바람직하게는 47중량%), 부식 억제방지 물질인 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate) 4중량% ~ 8중량%(바람직하게는 6중량%), 유해물 분해물질인 유기산 1중량% ~ 3중량%(바람직하게는 2중량%), 패각 분말(조개껍질) 0.1중량% ~ 0.9중량%, 광루미네선스 물질 0.1 ~ 0.5중량%의 조성비율로 이루어진다.
상기한 본 발명의 친환경 융빙-결빙 방지제의 조성에서 상기 패각 분말과 광루미넨스 물질은 물 불용성 물질로서, 본 발명에서 패각 분말과 광루미넨스 물질을 합한 조성 비율은 전체 중량 100%에 대하여 1중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
이러한 조성 비율은 아래에서 설명될 거듭한 시험 결과, 융빙 및/또는 결빙 방지에 대한 속효성과 지속성을 가지며, 친환경적 측면을 감안하고, 원료 사용의 경제성을 고려한 최적의 수치 범위이다.
그리고 상기 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 소금(염화나트륨: NaCl), 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질 및 패각 분말(조개껍질)은 과립체의 형태로 이루어진다. 본 발명에서 과립체의 조성들은 그 입도가 체 통과 후 잔량의 질량비로서 13.2mm 체에서 0%, 0.6mm체에서 98% 이상인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 발명자는 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제에 대하여 한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 유해원소의 검출 유무를 확인하였다. 도 1은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제에 대하여 수분 건조함량에 대한 유해원소 검출 유무의 시험 결과를 나타내는 테이블이다.
시험 결과에 따르면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제는, 아연, 니켈, 구리, 크로뮴(크롬), 수은, 카드뮴, 비소, 납이 검출되지 않았음을 확인할 수 있었다. 여기에서, 환경 관련 기준은 납(Pb), 비소(As), 카드뮴(Cd), 수은(Hg), 크로뮴(Cr), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn)이 각각 5이하, 2.5이하, 0.05이하, 0.05이하, 15이하, 20이하, 2.5이하(기준[mg/kg])이다.
또한, 강재 부식 영향과 관련하여, 강재 부식은 24.0으로 나타나, 환경 관련 기준인 1주일경과 후의 상대 부식성이 30% 이하이어야 하는 것을 만족함을 확인하였다.
또한, 물불용분(고상)과 관련하여, 물불용분은 0.61로 나타나, 환경 관련 기준인 1.0% 이하이어야 하는 것을 만족함을 확인하였다.
또한, 본 발명의 발명자는 융빙 성능에 대하여 실내시험을 통해 비교 검토하는 시험을 실시하였다. 도 2는 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 비교 예들에 대하여 -5℃에서 실시한 융빙 성능 시험 결과를 나타내는 그래프이고, 도 3은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 염화칼슘 및 염화나트륨에 대하여 -5℃에서 실시한 융빙 성능 시험 결과를 나타내는 그래프이며, 도 4는 대기 온도에 따른 포장체 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도면에서 실시예는 본 발명의 친환경 융빙-결빙 방지제의 조성으로 이루어지는 것이고, 비교예 1은 본 발명의 친환경 융빙-결빙 방지제에서 염화칼슘(CaCl2)을 제외한 조성들과 염화칼슘(CaCl2)을 7:3으로 혼합한 것이고, 비교예 2는 본 발명의 친환경 융빙-결빙 방지제에서 소금(염화나트륨: NaCl)을 제외한 조성들과 소금(NaCl)을 7:3으로 혼합한 것이고, 비교예 3은 본 발명의 친환경 융빙-결빙 방지제에서 염화물계 조성(즉, 염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 소금(NaCl))이 제외된 조성으로 이루어진 것이다.
도 2는 -5℃에서 실시한 얼음 용융 성능 시험 결과로서, 시간의 경과에 따른 누적 얼음 용융량을 나타낸 것이다.
염화나트륨의 경우 30분 이전에는 사용한 물질 중 비교적 낮은 융빙량을 나타내었으나, 30분 이후부터 염화칼슘(2수화물)보다 우수한 융빙 효과를 보였으며, 초기에 우수한 융빙 성능을 발휘했던 염화칼슘(2수화물)은 30분 이후부터 그 증가 폭이 급격히 감소하였다. 염화칼슘(2수화물)의 발열 효과에 의한 초기 융빙 성능은 우수하나, 지속성은 떨어지는 것을 알 수 있다.
본 발명의 친환경 융빙-결빙 방지제의 조성으로 이루어진 실시예는 염화칼슘과 거의 동일한 융빙 성능을 나타내었으며, 비교 예1과 염화칼슘을 혼합한 융빙-결빙 방지제가 초기에서부터 전체적으로 우수한 융빙 효과를 나타내었다. 또한, 종래와 같이 염화나트륨과 염화칼슘을 혼합한 융빙-결빙 방지제에서도 양호한 융빙효과가 나타나는 것으로 확인할 수 있었다.
또한, 비염화물계의 비교 예3은 매우 낮은 융빙량을 나타내어 실제 얼음 용융 효과 자체는 미흡한 것으로 확인되었다.
도 3은 -12℃에서의 염화칼슘, 염화나트륨, 본 발명의 융빙-결빙 방지제에 대한 얼음 용융 시험 결과를 나타낸 것이다. 전반적으로 -5℃의 융빙량 시험결과에 비해 효과가 떨어지는 것으로 나타났다. 특히 어는점 온도가 높은 염화나트륨이 융빙효과가 미흡한 것으로 나타났다. 따라서 강설 후 기온강하시 제설작업 또는 융빙작업에서는 염화나트륨을 단독적으로 사용하기보다는 염화칼슘이나 본 발명의 융빙-결빙 방지제를 사용하는 것이 효과를 극대화시킬 수 있음을 알 수 있다.
한편, 융빙-결빙 방지제를 이용하여 눈이나 얼음을 녹일 때, 대기의 온도보다는 도로 표면의 온도가 더 중요하다. 도 4는 포장체에 5mm 깊이의 구멍을 뚫고 온도 센서를 묻은 후, 대기 온도와 콘크리트 및 아스팔트 포장체의 온도 변화에 대한 시험 결과를 나타낸 것으로, 대기 온도가 -16℃로 내려가는 경우에도 포장체의 온도는 -7 ~ -8℃ 정도로 대기 온도와 실제 포장체의 온도는 상당한 차이가 있음을 알 수 있다. 일반적으로 강설시의 대기 온도는 0 ~ -5℃로 알려져 있으며, 대부분의 경우 도 4의 최저 온도인 -16℃ 이상이므로, 본 실험에서는 강설시 기온을 참고하여 -5℃를 시험 온도로 설정한 것이다.
또한, 본 발명의 발명자는 얼음 침투 성능 시험을 실시하였다. 도 5는 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 염화칼슘과 염화나트륨 및 비교 예에 대하여 얼음침투깊이 측정 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
얼음 용융 시험은 용융 방향과는 상관없이 얼음의 용융량을 측정하는 것인 반면, 얼음침투깊이 측정시험은 융빙-결빙 방지제가 수직 방향으로 얼음을 녹이는 정도를 측정하기 위한 방법이다. 얼음과 노면의 계면을 분리하는 것이 융빙-결빙 방지제의 중요한 기능이므로, 얼음 침투는 융빙-결빙 방지제의 중요한 특성 중의 하나이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 실험 시작 후 본 발명의 융빙-결빙 방지제인 실시 예가 꾸준히 침투하였으며, 20분경과 후부터 염화나트륨이 지속적으로 침투 깊이가 증가하여 30분 이후에는 가장 좋은 얼음 침투 능력을 나타내었다. 반면에 비염화물계의 비교 예의 경우 침투 깊이가 초기에서부터 시험 종료까지 가장 낮은 침투 깊이를 나타내었다.
또한, 본 발명의 발명자는 강재 부식 시험을 실시하였다. 도 6은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 강재 부식성의 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 3wt%의 융빙-결빙 방지제 용액 750mL에 공기 펌프로 공기를 주입하고, 철 시편을 1, 3, 5주 동안 침지하여 무게 감량을 측정한 결과로서, 전체적으로 염화칼슘에서의 무게 감량이 크게 나타났으며, 3주 및 5주까지의 부식량 또한 염화칼슘에서 크게 발생하였다. 최종적으로 부식량의 발생은 염화칼슘 ＞ 혼합(염화나트륨+염화칼슘) ＞ 혼합(비교예 2, 70% + NaCl 30%), 혼합(비교예 2, 30% + NaCl 70%) ＞ NaCl ＞ 혼합(비교예 1, 70% + CaCl2 30%) ＞ 실시예의 순서로 크게 나타났다.
반면에 비염화물계인 비교예 3은 증류수에서 보다 부식량이 적게 나타났고 부식이 거의 발생하지 않았으며, 부식시험 과정에서 시험용액의 색깔 변화가 거의 없었다. 그러나 비교예 3을 제외한 모든 시험용액에서는 녹 발생에 의해 용액 색깔이 붉게 변하였다. 이는 철 시편의 녹 방지막인 부동태 피막이 파괴되어 산화철(Fe3O4)과 옥시수산화제이철(FeOOH)이 생성되었기 때문이다.
금속을 직접 융빙-결빙 방지제 용액에 침지한 이번 실험의 경우보다 실제 구조물에서와 같이 콘크리트에 매입된 철근의 경우는 유기산염인 실시예와 비교예 3의 경우, 음이온인 CH3COO-(25℃ 물에서 확산계수는 105×1.08㎝2s-1)의 확산계수가 염소이온인 Cl-(25℃ 물에서 확산계수는 105×2.03㎝2s-1)보다 작아 콘크리트 내부로의 침투가 느려지므로, 염소이온이 포함되지 않은 유기산염 및 염소이온이 포함된 유기산염의 경우 부식의 위험성은 훨씬 적을 것으로 판단되었다.
또한, 본 발명의 발명자는 동결융해 저항성에 대한 시험을 실시하였다. 도 7은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 동결융해(KS F 2456) 싸이클에 따른 상대동탄성 계수를 나타내는 그래프이며, 도 8은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 동결융해(KS F 2456) 싸이클에 따른 중량손실을 나타내는 그래프이다.
본 시험은 콘크리트 시편을 융빙-결빙 방지제에 따라 동결융해 후 콘크리트의 내부상태를 공명진동 주파수로 간접적으로 조사하는 것이다. 도 7에서는 물 및 3% 수용액의 실시 예와 비교 예들의 종류에 따라 동결융해 싸이클에 노출될 때 콘크리트 시편의 상대 동탄성계수 변화를 나타낸 것이다. 상대 동탄성계수는 동결융해 시험 전에 측정된 것과 동결융해 시험후 규정 싸이클에서 측정된 동탄성계수와의 비율이다.
탄성재료의 경우 이론상 공명진동수 혹은 파동전파 속도로부터 탄성계수를 구할 수 있다. 불완전탄성체인 콘크리트에 이 방법을 이용하여 동역학적으로 구해진 탄성계수를 동탄성계수라 한다. 우리나라에서는 KS F 2437(공명진동에 의한 콘크리트의 동탄성계수, 동전단 탄성계수 및 동 포아슨비의 시험방법)에 규정되어 있다.
일반적으로 300 싸이클 종료 후 건전한 시험체는 상대동탄성계수가 80% 이상을 유지하고 그때의 길이변화율도 200㎛ 이하이어서 내동해성이 우수한 것으로 평가된다. 시험 결과, 비교예 2 + NaCl를 사용한 시험체에서 상대동탄성계수가 가장 크게 저하하는 것으로 나타났으며, 비염화물계의 비교예 3 또한 동탄성계수의 저하가 크게 나타났다. 반면에 수돗물에서의 동탄성계수는 60 싸이클 후 시험 종료시까지 거의 변화가 없었다. 특이한 사항은 혼합계열의 비교예 2 + NaCl과 비교예 3을 제외한 모든 시편에서 30 싸이클에서 동탄성계수가 급격히 떨어졌다가 60 싸이클에서는 다시 상승하였다.
수돗물과 제설제의 종류에 따른 상대동탄성계수의 상대적인 평가에서는 수돗물 ＞ 염화칼슘 ＞ 비교예 1 + 염화칼슘 ＞ 염화나트륨+염화칼슘 ＞ 염화나트륨 ＞ (염화나트륨 + 비교예 2) ＞ 비교예 3 ＞ (비교예 2 + 염화나트륨) 순서로 동결융해에 따른 악영향을 적게 받는 것으로 나타났다.
도 8은 상대동탄성계수 측정시 콘크리트의 중량손실량을 나타낸 것이다. 동해에 의한 주요 열화현상은 콘크리트의 단면 감소이며 그 정도에 따라서 강재 부식이 발생하는 경우도 있다.
수돗물에서의 콘크리트 입자의 손실은 300 싸이클 시험 종료 후에도 거의 발생하지 않았으며, 시편의 표면 형상도 깨끗한 상태를 유지하고 있었다. 입자 손실에 의한 중량감소율에서도 상대동탄성계수 평가에서와 유사한 경향을 나타내었는데, 수돗물 ＞ 실시예 ＞ 염화칼슘 ＞ (비교예 1 + 염화칼슘) ＞ 염화나트륨+염화칼슘 ＞ 염화나트륨 ＞ (비교예 2 + 염화나트륨 = 7:3) ＞ 비교예 3 순서로 입자 손실 중량이 작게 나타나 동결융해에 따른 악영향을 적게 받는 것으로 나타났다.
또한, 본 발명의 발명자는 스켈링 저항성에 대한 시험을 실시하였다. 도 9는 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제의 실시 예와 각 비교 예들에 대하여 ASTM C 672 시험에 따른 스켈링 저항성을 나타내는 그래프이다.
본 시험의 목적은 제설방법에 따른 염화물 종류 및 동결융해 싸이클에 따라 콘크리트 표면 박리저항성에 미치는 영향을 파악하기 위해서이다. 3%농도의 융빙-결빙 방지제 용액을 사용하였고, 1일 1싸이클로 7, 14, 28, 42, 56일에서의 콘크리트 표면 입자손실량을 측정하였다.
일반적으로 콘크리트는 손실된 입자가 동결융해 50 싸이클 후 1kg/m2을 초과하지 않는다면 적절한 스켈링저항성을 가진 것으로 간주한다.
도 9에서 알 수 있듯이 염화칼슘 용액으로 시험한 시편에서 싸이클이 증가함에 따라 표면 입자 손실량도 직선적으로 증가하였다. 그러나 손실된 입자가 동결융해 50 싸이클 후 1kg/m2을 초과하지 않는 조건에는 만족하는 것으로 나타났다.
염화칼슘을 제외한 그 밖의 융빙-결빙 방지제 용액으로 시험한 시편에서는 최초 7싸이클에서 입자 손실이 발생한 후 56 싸이클 시험 종료 후까지 거의 발생하지 않았다. 이는 일반적으로 동결융해 싸이클에 따라 입자손실이 증가하는 것과는 다른 현상이다. 그러나 최초 몇 싸이클 동안 상대적으로 입자손실이 크게 발생하다가 그 후 다소 느리게 진행한다는 연구결과와 일치하였다. 이러한 원인은 콘크리트 표면층이 과도한 건조나 과다한 블리딩 또는 불량한 표면마무리로 인한 밀실하지 못한 엉성한 구조로 유해물질의 투과성이 커지기 때문이다. 전반적으로 콘크리트 표면으로부터 떨어져 나간 입자의 깊이는 대략 0.5mm 이하인 것으로 관찰되었다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 친환경 융빙-결빙 방지제에 의하면, 염화칼슘 및 염화나트륨의 사용을 최소화하여 환경에 미치는 영향을 최소화하고, 도로상의 아이스를 신속하고 확실하게 융빙시킬 수 있으며, 결빙되는 것을 예방할 수 있는 안전 운행을 도모할 수 있으며, 기본적으로 융설 및 융빙 효과를 제공함과 아울러, 토양 개량도 도모할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 융빙 또는 결빙 방지 기능에 더하여 블랙 아이스와 같이 눈에 잘 보이지 않는 융빙 구간이나 지점 또는 결빙 예방 구간이나 지점에 대하여 운전자가 쉽게 인지할 수 있도록 하여 조심 운전과 안전사고 방지를 유도할 수 있으며, 환경부에서 고시하고 있는 친환경 관련 규정에 만족하는 융빙-결빙 방지제를 제공할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 도로 상의 결빙을 예방하거나 결빙을 융빙하기 위한 융빙-결빙 방지제로서,
    염화마그네슘(MgCl2), 염화칼슘(CaCl2), 소금(NaCl), 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 패각 분말, 및 광루미네선스 물질(photoluminescence materials)의 조성을 포함하고,
    상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 및 패각 분말 각각은 과립체로 형성되며,
    상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질 및 유해물 분해물질은 전체 100중량%에 대하여 각각 36중량% ~ 40중량%, 2중량% ~ 6중량%, 45중량% ~ 49중량%, 4중량% ~ 8중량%, 1중량% ~ 3중량%의 조성비율로 이루어지이고, 패각 분말과 광루미네선스 물질은 그 합이 전체 100중량%에 대하여 0.2중량% ~ 1중량%의 조성비율로 이루어지고,
    상기 광루미네선스 물질은 형광 물질 또는 광반사물질로 이루어지며,
    상기 광루미네선스 물질은 상기 소금 또는 패각 분말에 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는
    친환경 융빙-결빙 방지제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 염화마그네슘, 염화칼슘, 소금, 부식 억제방지 물질, 유해물 분해물질, 및 패각 분말 각각은 체 통과 후 잔량의 질량비로서 13.2mm 체에서 0%, 0.6mm체에서 98% ~ 100%인 입도를 갖는 과립체로 형성되는 것을 특징으로 하는
    친환경 융빙-결빙 방지제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부식 억제방지 물질은 헥사메타인산나트륨(sodium hexameta phosphate)인 것을 특징으로 하는
    친환경 융빙-결빙 방지제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유해물 분해물질은 초산(acetic acid), 또는 푸마르산(fumaric acid)의 유기산으로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    친환경 융빙-결빙 방지제.
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