KR102594679B1 - 제설제 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 제설제가 지니고 있는 부식성, 독성 등의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제설효과가 우수하고, 부식성이 낮으며 토양 및 수질오염을 발생시키지 않을 뿐만 아니라 독성이 미미하여 제설 후 토양에 흡수되어 동, 식물 및 토양 미생물에 영향이 거의 없어 친환경적이고, 운반, 저장성, 취급성도 우수한 새로운 제설제를 제공한다.
Description
본 발명은 염화물계 제설제로 인한 환경오염을 저감시키기 위한 독성 및 도로의 파손 문제를 해결하기 위한 제설제 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
동절기 전국적으로 눈이 내려 결빙현상으로 도로이동에 어려움이 있을 때 가장 필요한 것은 제설작업을 통한 원활한 도로상태 유지이다. 이 경우 단순히 눈을 치우는 작업과 더불어 일반적으로 사용되는 것이 제설제이다. 제설제로는 눈의 어는점을 낮추어 내린 눈이 얼지 않고 녹도록 하는 것으로 주로 염화칼슘이나 염화나트륨(소금) 등이 쓰인다. 특히 염화칼슘은 1g에 14g의 물을 흡수할 수 있을 정도로 조해성이 뛰어나다. 이 과정에서 제설효과를 갖게 된다. 또한 제설제로 쓰이는 물질들은 순수한 용매보다 용질이 포함된 용매의 분자사이의 인력이 커져 순수용매보다 어는점이 낮아지는 어는점 내림현상을 기본적으로 갖고 있다. 또한 염화칼슘에 흡수된 물은 영하 55도가 되어야 다시 얼기 때문에 제설작업에 많이 쓰여 왔다. 하지만 도심 곳곳에 뿌려진 염화칼슘이 환경파괴의 주법으로 주목받고 있다. 염화칼슘은 염소가 토양이나 수질에 스며들어 산성화 시키고, 염화칼슘은 도로와 다리의 콘크리트, 차량의 하부 등을 부식시킬 뿐 아니라 가로수에 흘러들어갈 경우 가로수의 성장을 방해한다. 또한 제설제로서의 염화칼슘은 흡습성이 크기 때문에 장기간 보관 시 굳어버리는 단점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 제10-1361136호에서는 초산 및 포름산을 포함하는 식각폐액에 브루사이트로 이루어진 마그네슘계 화합물 및 석회석, 소석회로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 칼슘계 화합물을 반응시켜 칼슘, 마그네슘, 유기산염을 포함하는 액상 제설제를 개시하고 있고, 등록특허 제10-1316286호에서는 염화칼슘 10∼40중량%, 염화마그네슘 10∼40중량%, 글루콘산염 1∼10중량%, 아질산염 1∼10중량%, 물 5∼30중량%를 포함하는 고상의 제설제를 개시하고 있다.
그러나 상기 공고된 특허에서의 제설제는 각각의 원료를 물에 녹여 액상의 용액으로 만든 후 용액을 건조시켜 고상으로 하는 과정에서 에너지 소비가 많은 단점과 액상으로서 수송하는데 많은 비용이 소요되는 단점이 있다. 이 외에도 염화이온을 저감시키면서 친환경적인 제설제들이 고안되고 개발되었으나, 비용이 높고 취급성이 좋지 못하며, 그 효과도 기대 수준을 미치지 못해 상용화하기에는 문제점을 지니고 있다.
상기한 문제점들을 고려하여, 친환경적인 구성요소를 포함하는 고상 제설제를 개발하는데 있어, 저비용이고 독성이 없는 친환경적인 제설제의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제설효과가 우수하고, 부식성이 낮으며 토양 및 수질오염을 발생시키지 않을 뿐만 아니라 생명체에 대한 독성이 없어 친환경적이고, 운반, 저장성, 취급성도 우수한 새로운 제설제를 제공하는 것이다.
본 발명은 염화나트륨, 염화마그네슘, 당밀, 유기산염, 제2인산염을 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제 조성물을 제공한다. 상기 당밀은 눈 및 얼음에 침투력이 높아 소금과 혼합하여 사용할시 녹이는 성질을 지니고 있으며, 일반소금보다 점착성이 높아져 제설, 제빙에 지속성을 갖는 효과가 있다. 또한 부식성면에서도 일반소금에 비해 덜 부식되는 것으로 나타났다. 이러한 성질을 이용하여 좀 더 친환경적인 제설제를 제공하는 것이다.
또 다른 구체적인 예를 보면, 본 발명은 염화나트륨 35 내지 80 중량부, 염화마그네슘 15 내지 60 중량부, 당밀 0.5 내지 7 중량부, 유기산염 0.5 내지 5 중량부, 제2인산염 0.5 내지 5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제 조성물을 제공한다.
특히 상기 유기산염은 구연산염을 사용하는 것을 특징으로 하는 제설제 조성물을 제공한다.
또 다른 예로서 본 발명은 상기의 조성물에 0.5 내지 5 중량부의 규조토를 더 포함하는 제설제 조성물을 제공한다.
본 발명은 제설제 조성물의 제조방법을 제공하고 있는데; 구연산염과 제2인산염을 1차 교반기에서 반응시켜 액체화 시키고 당밀과 혼합 교반하는 제1단계; 상기 1단계 이후 2차 교반기에서 당밀혼합물을 염화마그네슘과 혼합 교반하는 제2단계; 상기 2단계 이후 염화나트륨을 2차 교반기에 투입하여 혼합 교반하는 제3단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제의 제조방법을 제공한다.
바람직한 예로서, 당밀을 추가할 필요가 있을 때에는 습도 조절능력이 있는 규조토를 상기 제3단계 이후 2차 교반기에 투입하여 혼합 교반하는 제4단계를 더 포함하는 제설제의 제조방법을 제공한다. 이때에는 규조토의 영향으로 제설제의 생분해도 향상에도 기여한다.
또 다른 예로서 상기 제3단계 이후에 조성물을 건조하는 단계를 더 포함하는 제설제의 제조방법, 또한 제공한다.
또한 본 발명은, 염화나트륨, 염화마그네슘을 포함하는 제설제 조성물에 있어서, 유기산염과, 제2인산염, 폴리인산염 및 규산염 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은, 염화나트륨, 염화마그네슘, 및 염화칼슘을 포함하는 제설제 조성물에 있어서, 유기산염과, 제2인산염, 폴리인산염 및 규산염 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제 조성물을 제공한다.
또한 본 발명은, 염화나트륨, 염화마그네슘, 및 염화칼슘을 포함하는 제설제 조성물에 있어서, 당밀과, 유기산염과, 제2인산염, 폴리인산염 및 규산염 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제설제 조성물을 제공한다.
본 발명에서 제공하는 제설제는 도로 및 환경에 미치는 산화성분을 최소화하여 도로, 시설물 및 차량 등에 미치는 영향이 적고, 생분해성이 뛰어나 가로수, 하천 등지의 환경요소에 미치는 영향이 적을 뿐만 아니라 초기 융빙 능력이 우수하고 당밀에 의한 지속성 향상으로 기존의 제설제에 비하여 사용량 절감, 저부식성, 고 친환경성, 신속한 반응성, 높은 융해성을 제공하는 효과가 있다.
본 발명에서 구연산염과 제2인산염을 첨가하여 염소이온을 유기산화 시켜 염소이온과 금속이 반응하는 것을 방해하여 부식을 저감시키게 된다. 또한 장기간의 보관 시에도 제설제가 굳지 않아 제설제를 살포할 때 별도로 제설제를 파쇄하지 않아도 되는 장점이 있다. 이러한 제설제는 경제적인 측면에서 유리할 뿐만 아니라 환경적인 측면에서도 매우 유용한 발명이 되는 것이다.
도 1은 부식성 시험을 위하여 시험철편을 제설제를 물에 희석한 용액에 투입하여 96시간 후 부식상태를 나타낸다.
도 2는 제설제의 융빙성을 시험하기 위해 얼음 80g에 비교 예(소금), 실시 예 1 및 2의 제설제를 10g씩 투입하여 -3℃에서 60분 후 융빙성능을 나타낸다.
도 3은 제설제의 융빙성을 시험하기 위해 얼음 80g에 비교 예(소금), 실시 예 1 및 2의 제설제를 10g씩 투입하여 -7℃에서 60분 후 융빙성능을 나타낸다.
도 2는 제설제의 융빙성을 시험하기 위해 얼음 80g에 비교 예(소금), 실시 예 1 및 2의 제설제를 10g씩 투입하여 -3℃에서 60분 후 융빙성능을 나타낸다.
도 3은 제설제의 융빙성을 시험하기 위해 얼음 80g에 비교 예(소금), 실시 예 1 및 2의 제설제를 10g씩 투입하여 -7℃에서 60분 후 융빙성능을 나타낸다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명하여 조성물의 바람직한 양태를 제시하고, 본 발명의 각 구성성분에 대하여 더욱 상세하게 설명하여 각 성분의 필수구성인 이유에 대하여 제시하기로 한다.
(A) 염화나트륨
염화나트륨은 본 발명의 필수구성성분이고 제설제의 일반적인 주성분으로써, 대량 사용의 특성으로 경제성을 확보하기 위하여 사용되고 있다. 기온이 -8 이상일 경우 융설 및 융빙 효과가 양호하며 가격이 저렴하다. 염화마그네슘과 병행하여 사용하면 경제적이고 효과적인 작업이 된다. 상기 염화나트륨의 함량은 전체 조성물 중 30 내지 90 중량부, 바람직하게는 35 내지 80 중량부, 가장 바람직하게는 50 내지 75 중량부로 사용한다. 또한 부식방지를 하는 물질을 첨가함으로써 부식성을 유발하는 염화이온을 최소화하고, 최소 30 중량부를 유지하여 융빙 효과를 구비하고 최대 90 중량부를 넘지 않도록 하여 부식성을 유발하는 염화이온 제공 소스를 최소화 하였다. 도로면의 상황에 따라 마찰력을 증가시키기 위하여 염화나트륨과 모래를 혼용하여 사용할 수 있다.
(B) 염화마그네슘
염화마그네슘은 제설제 조성물의 어는점을 강하시키고 융빙제의 역할을 한다. 염화마그네슘은 염화칼슘과 비슷한 어는점 내림효과가 있으나 구연산과 혼합할 시 어는점 내림효과가 더 크다. 본 발명의 조성물로 사용되는 상기 염화마그네슘은 종래의 제설제의 주원료로 사용되는 염화칼슘(CaCl2)이 지니고 있는 문제점을 극복하기 위해 사용되어왔다. 상기 염화마그네슘의 함량은 전체 조성물 중 10 내지 70 중량부, 바람직하게는 15 내지 60 중량부, 가장 바람직하게는 18 내지 45 중량부로 사용한다. 전체 조성물 내 그 함량이 상기 범위인 10 중량부 미만이면 조성물의 융빙 역할이 미약하고, 반면 상기 범위인 70 중량부를 초과하는 경우 융빙성은 향상되나 부식성이 증가되므로 그 이상의 사용은 바람직하지 않다.
한편, 극저온 환경, 예를 들면 영하 12℃이하에서 융빙능력을 향상시키기 위하여 염화마그네슘을 대체하거나 일부로서 염화칼슘을 사용할 수 있다. 여기서 염화칼슘의 사용량은, 염화마그네슘의 사용량의 범위 내에서 사용될 수 있다.
(C) 당밀
당밀은 눈 및 얼음에 침투력이 높아 염화나트륨과 혼합하여 사용할시 녹이는 성질을 지니고 있으며, 유해성 뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 제설제의 주요 구성성분으로 사용하는 것이 친환경적인 효과를 부여하는데 중요한 역할을 하고 있다. 국내에서 제설작업을 하는데 흔히 소금, 모래, 염화칼슘이 사용되나, 일부 외국에선 소금보다 설탕이 더 효과적이라며 설탕으로 도로에 살포하는 경우도 있다.
제설효과가 있으면서 차량들에 손상을 주지 않기 때문이다. 모래에 설탕을 입히면 좀 더 끈적끈적하게 돼 일반소금보다 훨씬 더 도로에 달라붙는 효과도 있다. 부식성면에서도 소금에 비해 덜 부식되는 것으로 나타났다. 따라서 소금보다 뿌리는 횟수를 줄여도 도로가 얼지 않게 유지할 수 있다. 설탕을 추출하고 남은 시럽(당밀)은 칼륨과 염화물을 함유하고 있어 제설, 제빙에 효과가 있다. 소금을 사탕수수 시럽과 혼합하면 최대 2일에서 3일까지 수명과 효과를 볼 수 있으며 더 친환경적이다. 소금은 영하의 기온에선 얼음을 녹이지 못하는 데 비해 설탕이나 사탕수수 시럽(당밀)은 보다 낮은 온도에서도 효과를 나타낸다. 상기 당밀의 함량은 전체 조성물 중 0.25 내지 10 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 7 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
(D) 유기산염
유기산염으로는 아스코빅산, 구연산, 아세트산의 염이 바람직하고, 가장 바람직하게는 구연산염이 바람직하다. 구연산염으로는 구연산나트륨 또는 구연산칼륨이 바람직하다고 볼 수 있다. 구연산은 약한 산성으로 식품첨가물로 사용할 수 있을 만큼 독성이 약하고, 수분과 반응하여 약한 점성을 띠는 물질로서 제2인산염과의 혼합에 의하여 구연산 자체의 부식방지보다 더 큰 효과가 있다. 본 발명의 제설제 조성물이 콘크리트나 아스팔트 도로, 교량, 차량, 시설 구조물과 접촉하더라도 이들의 부식을 방지하는 부식방지제의 역할이 필요하며, 이러한 특성은 상기 구조물들의 내구성과 관련되어 제설제의 필수 구성성분으로 포함되어야 할 성분이다.
본 발명에서 상기 유기산염의 함량은 전체 조성물 중 0.25 내지 7 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 만일 그 함량이 상기 범위인 0.25 중량부 미만이면 부식 방지에 큰 효과가 없어 자동차나 도로 등에 제설제 조성물을 도포하는 경우 부식이 발생하여 그 내구성이 저하된다. 반면 이의 함량이 상기 범위인 7 중량부를 초과하면 오히려 빙점 강하를 방해하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.
(E) 제2인산염
제2인산염으로서 가장 바람직한 것은 인산나트륨(Na2HPO4)이다. 이 성분은 상기 염화나트륨과 염화칼슘에 의해 금속이 부식되는 것을 방지하는 기능을 한다. 인산나트륨이 용해되어 발생되는 인산수소이온은 금속표면에 부동태의 피막을 형성하며, 이로 인해 염화나트륨과 염화칼슘에 의해 금속이 부식되는 것이 방지된다. 또한 당밀과 마찬가지로 제설제가 고형화 되어 굳는 것을 방지하는 기능도 있다. 상기 제2인산염의 함량은 전체 조성물 중 0.25 내지 7 중량부, 바람직하게는 0.5 내지 5 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명은, 제2인산염 및 유기산염을 혼합하여 사용하는 것에 특징이 있다는 점에서, 제2인산염 및 유기산염을 혼합하여 사용하지 않은 종래기술과 대별되는 차이점이 있다.
특히 제2인산염 및 유기산염을 혼합하여 사용하는 경우, 액체화되어 후속되는 당밀을 혼합하는데 활용되는데 특징이 있다.
더 나아가, 제2인산염 및 유기산염을 혼합하여 사용하는 경우 액체화되는 성질을 이용하여 제설제의 사용시 도로 표면에 넓게 퍼지는 효과를 부여할 수 있다.
또한 인산염은 기능은 물에 용해되어 발생되는 인산수소이온이 금속표면에 부동태의 피막을 형성하며, 이에 의해 염화나트륨과 염화마그네슘에 의해 금속이 부식되는 것이 방지하는 효과가 있다.
따라서, 상기 제2인산염은 유기산염과 혼합되어 제설제의 성능을 향상시키는바, 본 발명에 따른 제설제는, 당밀의 혼합없이 제2인산염 및 유기산염의 혼합물 만을 포함할 수 있다.
한편 상기 제2인산염의 대체로서, 폴리인산염, 규산염 등 제2인산염의 유사한 기능을 포함하는 물질이 사용될 수 있다.
(F) 규조토
규조토는 해조류인 규조의 사해가 침전되어 이루어진 일종의 퇴적암으로서, 설탕, 간장 등과 같은 식품에도 사용되는 재료로서 친환경 재료로 널리 사용되고 있다. 규조토는 높은 공극률로 습도가 높을 때 공기 중의 습기를 빨아들이는 성질이 있다. 이러한 친환경적이고 습도 조절능력 때문에, 본 발명에서의 고상 제설제 고체성상 유지를 위해, 또한 고비용의 건조과정을 단축 또는 제거하기 위해 규조토를 사용하고 있다. 상기 규조토의 함량은 전체 조성물 중 0.5 내지 5 중량부가 적절하고, 1 내지 3 중량부가 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 제설제에 관하여 실시예를 제시한다. 본 발명의 실시예는 고상 제설제에 대하여 설명하고 있으나 본 발명의 본질이 변화하지 않는 범위에서 고상은 물론 액상에도 적용될 수 있음은 물론이다.
[실시예]
염화나트륨 73.5 중량부, 염화마그네슘을 17.5 중량부, 당밀 3 중량부, 구연산염 2 중량부, 제2 인산염 2.5 중량부, 규조토 1.5 중량부를 혼합기에 넣고, 교반하여 각 성분이 균일하게 분포되도록 한다. 완성된 제설제의 수분함량 또는 저장 환경에 따라 건조를 시킨다.
실시예 2 내지 4는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
| 염화나트륨 | 염화마그네슘 | 당밀 | 구연산염 | 제2인산염 | 규조토 | |
| 중량부 | ||||||
| 실시예 1 | 73.5 | 17.5 | 3.0 | 2.0 | 2.5 | 1.5 |
| 실시예 2 | 69.5 | 20.0 | 2.5 | 2.5 | 3.5 | 2.0 |
| 실시예 3 | 61.5 | 31.8 | 1.2 | 1.3 | 1.7 | 2.5 |
| 실시예 4 | 56.2 | 40.0 | 0.8 | 1.5 | 1.5 | - |
고상 제설제의 주요 구성성분 비율은 상기 표 1에 나타난 바와 같다.
| 단위면적당 무게감량(mg/cm2) | 부식성(%) | |
| 실시예 1 | 0.018 | 24.9 |
| 실시예 2 | 0.017 | 23.3 |
| 실시예 3 | 0.015 | 20.1 |
| 실시예 4 | 0.015 | 19.3 |
| 비교예(NaCl) | 0.7 | 80 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이 강재부식성 시험결과에 따라 실시예 1 내지 4는 비교예와 대비하여 30%이하로 매우 낮아 부식방지 성능이 친환경 환경기준에 적합하다는 것을 확인하였다(도 1 참고).
| 염화나트륨 3wt% 수용액 대비 무게 손실률(%) | ||
| 5 싸이클 | 10 싸이클 | |
| 실시예 1 | 0.6 | 0.8 |
| 실시예 2 | 0.6 | 0.8 |
| 실시예 3 | 0.5 | 0.7 |
| 실시예 4 | 0.4 | 0.6 |
상기 표에 나타난 바와 같이 콘크리트 동결융해 시험결과 실시예 1 내지 4의 제설제에 침지한 콘크리트 시편은 비교예(염화나트륨 3 wt% 용액)에 비하여 무게 손실률이 1.0 %이하로 나타나는 것을 확인하였다.
| 융빙 성능시험 (-3도) | 융빙 성능시험 (-7도) | |||||
| 15 분 | 30 분 | 60 분 | 15분 | 30분 | 60분 | |
| NaCl 대비(%) | NaCl 대비(%) | |||||
| 실시예 1 | 104 | 113 | 135 | 103 | 109 | 127 |
| 실시예 2 | 105 | 115 | 138 | 104 | 112 | 131 |
| 실시예 3 | 108 | 118 | 143 | 106 | 115 | 136 |
| 실시예 4 | 110 | 121 | 145 | 108 | 117 | 139 |
| 융빙 성능시험 (-12도) | 융빙 성능시험 (-15도) | |||||
| 15 분 | 30 분 | 60 분 | 15분 | 30분 | 60분 | |
| % | % | |||||
| 실시예 1 | 103 | 109 | 120 | 102 | 108 | 119 |
| 실시예 2 | 105 | 111 | 122 | 103 | 109 | 121 |
| 실시예 3 | 107 | 115 | 125 | 105 | 114 | 124 |
| 실시예 4 | 109 | 118 | 128 | 108 | 117 | 126 |
상기 표 4에 나타난 바와 같이, 융빙(-3, -7℃) 테스트 결과에 따라 본 발명의 고상 제설제의 성능은 염화나트륨보다 평균 100% 이상으로 나와 우수한 것으로 측정되었으며(도 2 및 3 참고), 극저온(-12, -15℃)에서도 100% 이상으로 나타나 제설제의 융빙 성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
또한 본 발명의 조성물에 대한 각 실시예의 독성시험평가를 위하여 물벼룩 급성 독성시험평가를 한 결과 모든 실시 예에서 EC50 평균값이 100mg/L이상으로 나타나 친환경적이라는 것을 확인하였다.
상기에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
Claims (6)
- 삭제
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- 염화나트륨 50 내지 75 중량부, 염화마그네슘 18 내지 45 중량부, 당밀 0.5 내지 7 중량부, 구연산염 0.5 내지 5 중량부, 제2인산염 0.5 내지 5 중량부, 규조토 1 내지 3 중량부를 포함하며,
상기 제2인산염은 인산나트륨(Na2HPO4)이며,
상기 구연산염은 구연산나트륨 또는 구연산칼륨인 것을 특징으로 하는 고상 제설제 조성물
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Legal Events
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