KR102459586B1 - 저염도의 친환경 액상 제설제 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저염도의 친환경 액상 제설제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 염전에서 증발된 염도를 20% 내지 30%를 가지는 해수 100중량부에 대하여 2% 내지 4% 농도를 가지는 인산염을 10 내지 30 중량% 혼합하여 액상 제설제를 저장통에 저장한 후 이물질 제거용 필터가 설치된 필터부를 통과시켜 이물질을 제거하여 제조된다.

Description

저염도의 친환경 액상 제설제 및 이의 제조방법{Low salt eco-friendly liquid snow removing agent and its manufacturing method}

본 발명은 저염도의 친환경 액상 제설제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 저염도의 해수를 활용하여 친환경성과 부식성을 만족시킬 수 있는 저염도의 친환경 액상 제설제 및 이의 제조방법에 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 고형으로 가격이 저렴한 염화칼슘에 소금 또는 모래 등을 섞어서 사용하는 형태가 일반적이며, 최근 이를 살포가 용이한 방법으로서 고형의 염화칼슘을 수용액으로 만들어 고상의 소금과 함께 도로에 분사하는 습염살포 방식도 활용되고 있다. 그러나 종래의 염화물계 제설제가 갖는 문제점인 차량 및 교량의 부식, 토양오염 등을 근본적으로 해결할 수 있는 방법은 아직 개발되지 않고 있는 실정이다.

제설 작업 시 노면이나 교량에 살포되는 염화칼슘이나 염화나트륨은 염소이온(Cl)이 존재하므로 철(Fe)과 반응하면 급격히 염화철(FeCl2)을 형성하여 자동차, 철근, 철골 등의 구조물을 심각하게 부식시킨다. 특히, 염화칼슘은 매우 빠른 속도로 철 뿐 만 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.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 다양한 염화물계 제설제가 개발되고 있는데, 그 중 하나로서 등록특허 제10-1176208호에는 소석회를 혼합한 염화칼슘 용액 95.0 내지 99.9중량%와, 구연산 및 암모니아를 포함하는 첨가제 0.1 내지 5.0중량%를 함유하는 친환경 염화칼슘계 액상 제설제가 개시되어 있으나, 염소의 함량이 높아 부식성이 높으므로 만족스럽지 못한 문제점이 있다.

따라서, 염소의 함량이 낮아 부식성을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 가격이 저렴하고 제설성능이 확인되고, 나아가 염화물계 제설제의 독성을 저감시킬 수 있는 친환경 액상 제설제의 개발이 요구되는 실정이다.

일반적으로 제설제는 눈의 어는점을 낮추어 내린 눈이 얼지 않고 녹게 하는 것으로, 겨울철 도로에 쌓인 눈을 제설하기 위해 염화칼슘이나 소금(염화나트륨) 또는 모래와 적절하게 섞어서 도로에 흩뿌리고 있다. 이처럼 눈이 많이 왔을 때 도로에 뿌리는 제설제는 주로 염화칼슘인데, 상기 염화칼슘은 석회암에 염산을 가하고 농축ㅇ가열하여 얻는 백색의 결정으로 콘크리트에 섞어서 동결 방지에 사용되며 특히 제설제로 사용되고 있다.

이와 같이 결정(고체)상태의 염화칼슘은 어는점을 영하로 낮추어 얼음상태의 눈을 순식간에 녹게 만들기 때문에 제설 효과가 크긴 하나, 도로에 직접 살포할 경우 살포범위가 차량이 지나가는 범위에 한정되고, 제설제가 가로수까지 흩날려 광합성작용을 막아 가로수를 말라죽게 하며, 부식성이 강해 보도와 차도 사이 경계블록과 고가도로 방호벽을 마모시켜 환경과 도로 훼손 및 교통사고를 유발하는 문제점이 있었다. 또한, 결정(고체)상태의 제설제를 도로에 직접 살포할 경우 기후환경에 따라 제설제의 흩날림 현상이 발생하고, 고체 상태로 살포되므로 반응속도가 늦으며, 녹는 과정에서 염소유해 가스발생으로 유아 및 노약자 호흡기질환에 매우 유해하고, 강알카리성으로 부식성이 아주 강하여 살포차량 하부의 손실이 크며, 비산먼지 오염과 가스발생으로 대기오염을 유발하여 도로 하수구 등이 이물질과 함께 막힐 우려가 있어 배수에 문제가 우려되고 있다.

따라서 종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고체상태의 제설제와 물을 교반하여 제설제 수용액을 살포하는 추세로 바뀌고 있는 실정이다.

일반적으로, 제설용 제품들은 식염(NaCl), 염화칼슘(CaCl2) 및 염화마그네슘(MgCl2) 등의 염화물계 제설제와 CMA(Calcium Magnesium Acetate), CMO(Calcium Magnesium of Organic acids) 및 요소(Urea) 같은 유기계열 제설제로 나뉘는데 이 중에서 가격이 저렴하다는 이유로 염화물계 제설제를 많이 사용하는 실정이다. 염화물계 제설제는 우리나라뿐 아니라 미국, 캐나다, 북유럽, 일본 등 세계적으로 가장 많이 사용되며 염화칼슘 (CaCl2), 소금(NaCl) 등이 주성분이다. 성능 및 가격 면에서 가장 효과적으로 사용되나 사용 후에는 염화물계 제설제의 강한 독성이나 부식성으로 인해 환경적인 문제와 동시에 토목 건축물에 피해를 끼친다.

융설 작용 후 남아있는 염소이온에 의해 콘크리트는 염화물과 동결융해 환경에 직접적으로 노출되어, 콘크리트 표면의 일부가 박리되는 현상과 철근부식 등을 일으키고 손상을 가속시켜 내구성을 급격히 저하시키며 염소이온의 자연으로의 유출로 환경파괴의 문제점을 내포하고 있어 우리나라는 겨울철에 한랭하여 강설 등에 의해 도로 또는 도로구조물 표면이 얼어붙는 기후특성을 나타낸다. 따라서 적설 또는 빙결 시 원활한 교통소통과 교통사고 방지를 위해 이런 적설과 노면 동결 등을 해결하여야 한다. 이러한 제설 및 융빙 방법으로는 기계적 방법으로 제거하거나, 살수 또는 전열선을 통한 노면 가열의 방법으로 융설과 동결 방지를 하며, 화학약품 살포와 같은 적극적인 제설방법이 널리 이용되고 있다. 또한 일부에서는 임시로 모래, 연탄재 등의 살포를 통해 미끄럼을 방지하는 방법이 사용되지만, 비용과 효과의 확실성 등으로 인해 융설용 약제를 살포하는 실정이다.

염화물계 제설제는 우리나라뿐 아니라 미국, 캐나다, 북유럽, 일본 등 세계적으로 가장 많이 사용되며 염화칼슘(CaCl2), 소금(NaCl) 등이 주성분이다. 성능 및 가격면에서 가장 효과적으로 사용되나 사용 후에는 염화물계 제설제의 강한 독성이나 부식성으로 인해 환경적인 문제와 동시에 토목 건축물에 피해를 끼친다. 융설 작용 후 남아있는 염소이온에 의해 콘크리트는 염화물과 동결융해 환경에 직접적으로 노출되어, 콘크리트 표면의 일부가 박리되는 현상과 철근부식 등을 일으키고 손상을 가속시켜 내구성을 급격히 저하시키며 염소이온의 자연으로의 유출로 환경파괴의 문제점을 내포하고 있는 문제점이 있다.

KR 10-0873431호 KR 10-1361136호 KR 10-0588820호 KR 10-0977739호 KR 10-2012-0051384호 KR 10-1280589호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 친환경적이면서 저비용으로 액상형 제설제를 제조하여 기존의 제설제가 가지고 있던 환경파괴적인 문제나 차량의 부식 발생과 같은 치명적인 문제를 해소할 수 있는 친환경적 액상 제설제를 제고하고자 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 염전에서 증발된 염도를 20% 내지 30%를 가지는 해수 100중량부에 대하여 2% 내지 4% 농도를 가지는 인산염을 10 내지 30 중량% 혼합하여 액상 제설제를 저장통에 저장한 후 이물질 제거용 필터가 설치된 필터부를 통과시켜 이물질을 제거하여 제조된다.

또한, 상기 인산염은, 분말형 인산염을 물과 혼합하여 2% 내지 4%를 가지는 인산염 혼합물을 제조한 후 염전에서 획득한 해수와 혼합한다.

또한, 상기 액상 제설제 혼합물은, 상기 필터부를 통과하여 이물질이 제거시킨 후 나노필터를 이용하여 2차적으로 이물질을 제거하여 액상 제설제를 제조한다.

또한, 염전에서 증발된 염도를 20% 내지 30%를 가지는 해수를 획득하는 단계, 상기 단계에서 생성된 해수에 인산염을 10 내지 30 중량% 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 저장통에 저장한 후 필터부를 통과시켜 이물질을 제거하는 단계 및 상기 이물질이 제거된 혼합물을 나노필터를 통과시켜 2차적으로 이물질을 제거하는 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 해수를 획득하는 단계는, 해수 원액을 침전/증발 반복을 3 내지 5회 반복 실시하여 20% 내지 30%의 염도를 가지는 해수를 획득하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 친환경 액상제설제 제조에 따라 첫째, 기존의 염화칼슘이 매우 빠른 속도로 철을 부식시키며 콘크리트, 아스팔트 등도 부식시킴으로써 자동차, 교량은 물론 모든 도로시설물의 수명을 단축시키는 것과는 달리, 환경 친화적인 화합물로서 염화물을 일체 사용하지 않기 때문에 부식성이 없어 차량 및 도로시설물의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 염화칼슘은 물에 용해되어 하천 및 토양에 유입되면서 수질오염 및 토양의 산성화를 유발하며, 도로변의 초목, 나무, 채소 등 식물을 고사시키고 동물의 발과 피부에 피부병, 가려움증을 유발하는 등 환경에 피해를 주는 것과는 달리, 환경이나 동식물에게 주는 피해가 적고 또한 비염화물계로서 콘크리트 구조물에 전혀 영향을 주지 않으며 토양 및 하천을 오염시키지 않는 이점이 있다.

또한, 염화칼슘만으로 제설 작업을 할 경우 용해된 눈이나 얼음이 녹아 도로 표면에 많은 수분을 만들어 기온이 하강할 경우 더 넓은 지역을 빙판으로 만들 확률이 높아 2차적인 교통사고 위험을 발생시키는 반면, 눈과 얼음을 장시간 녹이면서 재결빙이 잘 되지 않으며 재결빙이 될 수 있는 수분의 양을 크게 감소시키므로 2차 교통사고 위험을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 액상 형태이기 때문에 보관이 용이하고 분사가 편리하며, 눈, 얼음 표면에 잔류하여 지속적으로 반응함으로써 기존 제설제에 비해 제설효과가 장시간 지속되고, 또한 가격면에서도 기존 제설제에 비해 크게 비싸지 않으며 추가비용이 발생하지 않고 시설물의 부식이나 환경파괴 등 간접비용이 없으므로 오히려 더욱 경제적이고, 여섯째 자체가 액상상태이기 때문에 살수가 용이하고 효과 측면에서도 제설, 제빙, 재결빙 방지 등의 기능을 모두 수행할 수 있으며, 일곱 번째로 수입에 의존하는 특정의 제설제를 대체할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제의 제조방법 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제의 시험 평가 보고서,
도 3은 본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제의 시험 평가 보고서.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제 및 이의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제 및 이의 제조방법은, 염전에서 증발된 염도를 20% 내지 30%를 가지는 해수 100중량부에 대하여 2% 내지 4% 농도를 가지는 인산염을 10 내지 30 중량% 혼합하여 액상 제설제를 저장통에 저장한 후 이물질 제거용 필터가 설치된 필터부를 통과시켜 이물질을 제거하여 제조된다.

또한, 본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제 제조방법으로는, 염전에서 증발된 염도를 20% 내지 30%를 가지는 해수를 획득하는 단계, 상기 단계에서 생성된 해수에 인산염을 10 내지 30 중량% 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계, 상기 혼합물을 저장통에 저장한 후 필터부를 통과시켜 이물질을 제거하는 단계 및 상기 이물질이 제거된 혼합물을 나노필터를 통과시켜 2차적으로 이물질을 제거하는 단계를 포함하여 구성된다.

도 1은 본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제의 제조방법 순서도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 저염도 친환경 액상 제설제 제조방법으로는, 친환경제 액상 제설제 제조를 위하여 우선, 염전에서 염도 20 ~ 30%를 가지는 해수를 획득한다. 이것은 해수의 원액을 침전/증발시키는 현지에서 획득하는 과정으로써, 침전/증발 과정은 날씨와 기온을 고려하여 일정시간 반복 작업을 통해 획득할 수 있다. 이때, 상기 해수를 획득하는 단계는 해수 원액을 침전/증발 반복을 3 내지 5회 반복 실시하여 20% 내지 30%의 염도를 가지는 해수를 획득할 수 있다.

본 발명에 따른 공인기관 시험 결과 20% 이하의 경우는 융빙 성능이 급격히 낮아지고 30% 이상의 경우에서는 제설제로 인한 식물, 나무에 피해가 발생된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 20% ~ 30% 염도를 가지는 해수를 획득한다.

다음으로 획득한 해수 100중량부에 대하여 인산염(phosphate)을 10 내지 30 중량% 혼합하는 단계를 포함한다. 본 발명에서 인산염은 부식성 억제를 위한 첨가제로써, 차량이나 금속 구조물에 부식 발생을 억제하기 위하여 해수에 인산염을 혼합한다. 상기 인산염은 농도 2 내지 4% 짜리를 해수 100중량부에 대해 10 내지 30중량% 혼합한다. 인산염의 농도는 정제수에 인산염 분말을 혼합하여 2 내지 4% 농도를 갖는 인산염을 제조하여 혼합하게 되는 것이다.

이렇게 혼합된 제설제를 저장통에서 혼합하여 저장한 후 이물질 제거를 위하여 필터부를 1차적으로 통과시켜 이물질을 제거시킨다. 액상 제설제의 경우 노즐이 마련된 분사 장치를 이용하여 도로나 시설물에 도포하기 때문에 이물질이 포함되었을 경우 노즐에 막힘 현상이 발생할 수 있다.

따라서, 액상 제설제 혼합물을 깨끗하게 걸러주기 위하여 필터부를 통해서 1차적으로 필터링 과정을 거치며, 1차 필터가 완료된 액상 제설제 혼합물을 나노 필터를 이용하여 2차 필터 작업을 수행한다. 필터링 공정이 완료된 제품은 포장하여 완제품을 생산하게 된다.

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 저염도의 친환경 액상 제설제의 시험 평가 보고서이다. 본 평가보고서는 한국기계전기전자시험연구원(KTC)을 통해 획득한 시험성적에 해당한다.

시험항목			단위	시험결과
				M100	M200
융빙 성능	시험온도 -15	15분	%	111	116
		30분	%	113	118
		60분	%	114	120

시험군 M100(실시예 1)은 염도 25%의 해수를 적용하였으며, M200(실시예 2) 모델은 염도 30% 짜리를 사용하여 영하 -15도 환경에서 각각 15분, 30분, 60분에 융빙 성능을 테스트 하였다. M200(실시예 2) 시험군에서 융빙 성능이 더 높게 평가되었으나, 앞서 설명한 바와 같이 염도가 높아질수록 나무나 식물을 사멸시키는 문제가 발생하기 때문에 염도 25%의 해수를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 친환경 액상 제설제는 염전에서 획득되는 해수를 그대로 사용하여 친환경적이며, 여기에 저농도의 인산염을 혼합하여 부식성에 강한 액상 제설제를 제조함으로써, 도로나 결빙지역에 도포 시 친환경성으로 인하여 환경 파괴를 해소할 수 있고, 차량이나 구조물과 같은 대상체에 부식으로 인한 피해를 최소화시킬 수 있는 액상 제설제를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 친환경 액상제설제 제조에 따라 환경 친화적인 화합물로서 염화물을 일체 사용하지 않기 때문에 부식성이 없어 차량 및 도로시설물의 수명을 연장시킬 수 있으며, 기존 제설제에 비해 제설효과가 장시간 지속되고, 또한 가격면에서도 기존 제설제에 비해 크게 비싸지 않으며 추가비용이 발생하지 않고 시설물의 부식이나 환경파괴 등 간접비용이 없으므로 오히려 더욱 경제적인 장점이 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

S100 : 해수를 획득하는 단계
S200 : 인산염을 혼합하는 단계
S300 : 이물질을 제거하는 단계
S400 : 나노필터를 통한 이물질을 제거하는 단계
S500 : 포장하는 단계

Claims (5)

1. 염전에서 증발된 염도를 20% 내지 30%의 농도를 가지는 해수 100중량부에 대하여 2% 내지 4% 농도를 가지는 인산염을 10 내지 30 중량% 혼합하여 액상 제설제를 저장통에 저장한 후 이물질 제거용 필터가 설치된 필터부를 통과시켜 이물질을 제거하여 제조되되,
   상기 인산염은 분말형 인산염을 물과 혼합하여 2% 내지 4%를 가지는 인산염 혼합물을 제조한 후 염전에서 획득한 해수와 혼합하고,
   상기 액상 제설제 혼합물은 상기 필터부를 통과하여 이물질이 제거시킨 후 나노필터를 이용하여 2차적으로 이물질을 제거하여 액상 제설제를 제조되며,
   상기 해수는 해수 원액을 날씨와 기온을 고려하여 침전/증발 반복을 3 내지 5회 반복 실시하여 20% 내지 30%의 염도를 가지는 해수를 획득하고,
   상기 액상 제설제를 노즐이 마련된 분사 장치를 이용하여 도로나 시설물에 도포할 때 노즐 막힘 현상을 제거하기 위해 상기 필터부를 통해서 1차적으로 필터링 과정을 거치 후 1차 필터가 완료된 액상 제설제 혼합물을 나노 필터를 이용하여 2차 필터 작업을 수행하고 필터링 공정이 완료된 제품은 포장하여 완제품의 친환경 액상 제설제를 제조하는 것을 특징으로 하는 저염도의 친환경 액상 제설제.
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