KR102629194B1 - 가교화된 천연 고분자와 천연 다당류를 이용한 친환경 비산먼지 억제제 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 토사, 목분, 석회, 회분, 코크스 및 석탄 등의 비산먼지를 억제할 수 있는 비산먼지 억제제 및 그 사용방법에 관한 것이다. 본 발명은 비산먼지 방지막을 형성하고, 천연 고분자가 가교제에 의해 가교되어 형성된 가교 고분자; 천연 다당류; 계면활성제; 보습제; 및 물을 포함하는 비산먼지 억제제 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 석탄 등의 표면에 비산먼지 방지막(피막)을 형성하여 우수한 비산먼지 억제 효과 및 지속성을 가지며, 이와 함께 강한 피막 특성과 내수성 등을 가져 강우나 강풍 등에 의한 무너짐이나 흘러내림이 방지되고, 인체 무해 및 친환경적인 특성을 갖는다.
Description
본 발명은 가교화된 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건축/토목 현장이나 토사, 석회, 광산 및 금속 등의 야적장, 폐기물 처리장, 코크스 및 석탄 등의 작업장, 및 기타 야적장 등의 피처리물에 분사되어 빠른 비산먼지 억제 효과와 함께 지속적인 비산먼지 억제 효과를 나타내며, 이와 함께 기존의 살수방법으로 쉽게 적용되어 작업성 등이 우수하고, 인체 무해 및 친환경적인 특성을 가지는, 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
미세먼지나 석탄 가루 등의 비산먼지는 인체에 유해하다. 비산먼지는 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질(粒子狀物質)로서, 일정한 배출구 없이 대기 중으로 직접 배출되는 물질로 정의되며, 이는 통상 비산분진 또는 날림먼지라고도 한다. 비산먼지는 일반 도로에서는 물론, 각종 산업현장 등의 인간 생활권 거의 전역에 걸쳐 발생된다. 비산먼지는, 예를 들어 시멘트, 석탄, 토사 및 골재 등의 공장(야적장), 운동장, 광산, 도로공사 현장 및 건설 현장 등에서 다량 발생된다.
대기 중에 부유하는 비산먼지는 마이크로미터 크기의 미세먼지(micro dust)를 포함하고 있으며, 이는 입자 크기(직경)에 따라 구분하고 있다. 일반적으로, 대기 중에 부유하는 크기 50㎛ 이하인 먼지를 TSP(Total Suspended Particles), 크기 10㎛ 이하의 미세먼지를 PM10(Particulate Matter 10), 그리고 크기 2.5㎛ 이하인 초미세먼지를 PM2.5(Particulate Matter 2.5)로 구분하고 있다.
특히, 10㎛ 이하의 미세먼지는 눈에 보이지 않을 만큼 작기 때문에 호흡기를 거쳐 체내로 쉽게 유입될 수 있다. 체내로 유입된 미세먼지는 기관지나 폐포 부위에 침착되어 폐의 기능을 떨어뜨리고, 인체의 면역 기능을 저하시킨다. 또한, 석탄 가루 등은 자연 발화율이 높다.
비산먼지의 억제 방법으로는 물을 분사(살수)하는 방법이 전형적이며, 이는 가장 저렴한 방법이다. 그러나 물 분사(살수)는 물 사용량에 비해 비산먼지 억제 효과가 떨어지고, 겨울철에는 분사 후 결빙하여 작업자들에게 낙상 등의 위험성이 증가되며, 여름철에는 물의 빠른 증발로 인해 지속적으로 다량을 분사하여야 하는 불편함이 있다. 또한, 토사나 석탄 등의 야적장에서는 분진 억제를 위해 방진막을 덮는 방법을 이용하고 있으나, 방진막은 설치 작업이 번거롭고 강풍에 쉽게 벗겨지는 문제점이 있다.
이에, 비산먼지를 억제하기 위한 여러 가지 방안이 제안되었으며, 대표적으로는 비산먼지 억제제를 분사(살포)하는 방법이다. 비산먼지 억제제는 물 분사와 비교하여 적어도 비산먼지 억제 효과와 지속성 등이 높은 이점이 있다. 일반적으로, 비산먼지 억제제는 친수성 고분자(또는 수용성 고분자), 계면활성제, 무기 염류 및 물을 포함한다. 예를 들어, 한국 등록특허 제10-0494538호, 한국 등록특허 제10-1057107호, 한국 등록특허 제10-1293257호, 한국 등록특허 제10-1881402호, 한국 공개특허공보 제10-2014-0078594호 및 일본 공개특허 특개2009-035647호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다.
그러나 종래 기술에 따른 비산먼지 억제제는, 예를 들어 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 주성분으로 사용되는 무기계 화합물은 비산먼지의 응집능이 약하여 그 사용량에 비해 비산먼지 억제 효과가 낮다. 탄산칼슘 등의 무기 염류를 사용하는 경우에는 발화가 발생될 우려가 있고, 토양의 산성화를 일으키는 등의 환경적인 문제점이 있다. 무엇보다, 종래 기술에 따른 비산먼지 억제제는 비산먼지 억제 효과의 지속성이 떨어진다. 또한, 내수성이 낮고 약한 피막을 형성함으로 인해 강우나 강풍의 발생 시에는 사용이 어렵거나 비산먼지 억제능이 떨어지는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 비산먼지 억제제로 유용하게 사용될 수 있는 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제 및 이의 제조방법, 그리고 비산먼지 억제제의 사용방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 건축/토목 현장이나 토사, 석회, 광산 및 금속 등의 야적장, 폐기물 처리장, 코크스 및 석탄 등의 작업장, 및 기타 야적장 등의 피처리물에 분사되어 빠른 비산먼지 억제 효과와 함께 지속적인 비산먼지 억제 효과를 나타내며, 이와 함께 기존의 살수방법으로 쉽게 적용되어 작업성 등이 우수하고, 인체 무해 및 친환경적인 특성을 가지는, 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제 및 그 제조방법, 그리고 상기 비산먼지 억제제의 사용방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 우수한 내수성 및 내구성 등을 가지면서 강한 비산먼지 방지막을 형성하여 강우나 강풍 시에도 비산먼지 억제능이 우수한 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제 및 그 제조방법, 그리고 상기 비산먼지 억제제의 사용방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
건축/토목 현장, 토사, 석회, 광산, 금속 등 각종 야적장, 폐기물 처리장, 코크스 및 석탄 등의 작업현장 또는 야적물에 분사하여 빠른 먼지 억제 효과 및 지속적인 효과를 나타내며 기존의 살수방법에 그대로 희석하여 적용하여 작업성 등이 우수하고, 인체 무해 및 친환경적인 특성을 가지는, 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제로서,
천연 고분자가 가교된 가교 고분자;
천연 다당류;
계면활성제;
보습제; 및
물을 포함하는 비산먼지 억제제를 제공한다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 가교 고분자는 비산먼지 방지막을 형성하는 것으로서, 이는 안정적이고 강한 비산먼지 방지막의 형성을 위하여 천연 고분자를 가교제로 가교 결합한 것으로부터 선택된다. 이때, 상기 가교제는, 예를 들어 사과산, 옥살산, 구연산, 과요오드산, 과요오드산나트륨, 글루타알데히드 및 양이온성 계면활성제 등의 조합으로부터 선택될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 상기 천연 고분자는 잔탄검, 타마린드검, 구아검, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 이들의 공중합체로부터 선택된 하나 이상을 포함하고, 상기 가교제는 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 천연 고분자와 가교제는 에테르(ether)(-O-) 결합을 갖는다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 비산먼지 억제제는 전체 중량 기준으로 가교 고분자 10 ~ 50중량%; 천연 다당류 3 ~ 30중량%; 계면활성제 2 ~ 10중량%; 및 보습제 1 ~ 10중량%를 포함한다. 그리고 잔량은 물 및/또는 기타 부가 성분이며, 물은 예를 들어 10 ~ 50중량%로 포함될 수 있다. 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는, 예를 들어 유백색의 에멀젼 제형으로서, 100 ~ 2,000cps의 점도를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 따른 비산먼지 억제제의 제조방법 및 그의 사용방법을 제공한다. 본 발명의 실시형태에 따라서, 비산먼지 억제제는 5 ~ 1,000배의 물로 희석하여 건축/토목 현장, 토사, 석회, 광산, 금속 등 각종 야적장, 폐기물 처리장, 코크스 및 석탄 등의 작업 현장이나 야적물 등에 분사하는 방법으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 비산먼지를 억제하는데 유용하게 사용될 수 있으며, 비산먼지 억제능 이외의 개선된 특성을 가지는 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제 및 그 제조방법, 그리고 비산먼지 억제제의 사용방법이 제공된다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 건축/토목 현장이나 토사, 석회, 광산 및 금속 등의 각종 야적장, 폐기물 처리장, 코크스 및 석탄 등의 작업장, 및 기타 야적물 등에서 발생하는 비산먼지를 빠르고 효과적으로 억제하고, 비산먼지 억제능의 지속성이 우수한 효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 따르면, 비산먼지 방지막의 내수성 및 내구성 등이 우수하고 비산먼지 입자에 강한 비산 방지막을 형성하여 강우나 강풍 시에도 사용이 가능하고 비산먼지 억제능이 우수한 효과를 갖는다. 아울러, 토양이나 수질 등에 무해하여 친환경적인 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 비산먼지 억제제가 미세먼지 입자(PM10 Dust)를 포집하는 모습을 보인 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비산먼지 억제제와 대조군을 토사(흙더미)에 분사한 후(1일 후, 7일 후)의 모습을 보인 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비산먼지 억제제와 대조군을 비포장도로에 분사한 후, 트럭이 지나가고 있는 모습을 보인 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비산먼지 억제제와 대조군을 토사(흙더미)에 분사한 후(1일 후, 7일 후)의 모습을 보인 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비산먼지 억제제와 대조군을 비포장도로에 분사한 후, 트럭이 지나가고 있는 모습을 보인 사진이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
본 발명은 제1형태에 따라서, 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제를 제공한다. 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 비산먼지 발생 형장, 예를 들어 건축/토목 현장이나 토사, 석회, 광산 및 금속 등의 각종 야적장, 폐기물 처리장, 코크스 및 석탄 등의 작업장, 및 기타 야적장 등에 분사되어 피처리물에 비산먼지 방지막을 형성하여 비산먼지를 효과적으로 억제한다.
또한, 본 발명은 제2형태에 따라서, 상기 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제의 제조방법을 제공한다. 아울러, 본 발명은 제3형태에 따라서, 상기 가교화된 친환경 천연 고분자를 이용한 비산먼지 억제제의 사용방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명은 제3형태에 따라서, 상기 제1형태의 비산먼지 억제제를 물에 희석한 다음, 비산먼지 발생 현장에 분사(살수)하여 비산먼지를 억제하는 비산먼지 억제방법을 제공한다.
본 발명에서, 「비산먼지」는 입자상 물질로서, 이는 대기 중에 부유하는 일반 분진은 물론 미세먼지나 꽃가루 등을 포함한다. 비산먼지는, 예를 들어 석탄 가루, 돌가루, 흙가루, 석고 가루, 시멘트 가루, 콘크리트 가루, 꽃가루 및 연기 등의 분체를 포함한다.
또한, 본 발명에서, 처리 대상이 되는 피처리물, 즉, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제가 적용(예, 분사 등)되는 피처리물은, 비산먼지(분진)가 발생된 처리 대상물, 및/또는 비산먼진(분진)가 발생되려는 처리 대상물을 포함한다. 상기 피처리물은, 예를 들어 토사, 목분, 석회, 회분, 코크스, 석탄, 제철, 콘크리트 및 시멘트 공장 등의 야적물; 광산, 건설 현장 및 도로공사 현장 등의 각종 야적물; 토지나 도로의 표면; 및/또는 기타 바람에 의하여 비산먼지가 발생하는 나대지; 등을 들 수 있다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어, 피처리물은 경우에 따라서 토사나 석탄 야적물을 예로 들어 설명한다.
본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 각종 현장에서 발생하는 비산먼지를 억제하는 비산먼지 억제 조성물로서, 비산먼지 방지막을 형성하는 가교 고분자; 상기 가교 고분자와 함께 스캐폴드(Scaffold) 구조를 형성하는 천연 다당류; 분산과 유화를 위한 계면활성제; 보습을 위한 보습제; 및 물을 포함한다. 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 상기 성분들을 적정 함량으로 포함하여, 예를 들어 100 ~ 2,000cps의 점도(@ 20℃)를 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제의 제조방법은, 천연 고분자와 가교제를 가교 반응시켜, 천연 고분자가 가교제에 의해 가교 결합된 가교 고분자를 형성(합성)하는 가교 반응단계; 및 상기 가교 고분자에 천연 다당류, 계면활성제, 보습제 및 물을 혼합, 교반하는 혼합단계를 포함한다. 이때, 상기 가교 반응단계는 소정의 온도에서 진행할 수 있으며, 천연 고분자와 가교제의 종류에 따라 다를 수 있지만, 예를 들어 30℃ ~ 150℃, 40℃ ~ 120℃, 또는 60℃ ~ 80℃의 온도에서 가교 반응을 진행할 수 있다. 아울러, 상기 가교 반응단계는 필요에 따라 촉매 존재 하에서 진행할 수 있다. 상기 촉매는 천연 고분자와 가교제의 종류에 따라 예를 들어 산 촉매 및/또는 염기성 촉매 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 촉매는, 구체적인 예를 들어 황산(H2SO4), 수산화나트륨(NaOH) 및 수산화칼륨(KOH) 등으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 황산(H2SO4)을 포함하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 건축/토목 현장이나 토사, 석회, 광산 및 금속 등의 각종 야적장, 폐기물 처리장, 코크스 및 석탄 등의 작업장, 및 기타 야적물 등에 분사되어, 비산먼지 방지막을 형성하여 비산먼지의 발생을 효과적으로 억제하며 강우나 강풍 시에도 무너짐이 없이 우수한 비산먼지 억제능 및 지속성 등을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 물에 쉽게 희석되고 분사(살수)에 의한 사용이 가능함으로 인해, 기존의 물 분사장비로도 쉽게 사용이 가능하여 우수한 작업성을 갖는다. 이하, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제를 구성하는 각 구성요소들의 예시적인 실시형태를 설명한다.
[1] 가교 고분자
상기 가교 고분자는, 천연 고분자가 가교된 것으로서, 이는 피처리물에 분사된 후 비산먼지 방지막을 형성하는 유효 성분으로 작용한다. 상기 가교 고분자는, 구체적으로 친수성의 천연 고분자가 가교제에 의해 가교되어 생성된 수용성의 가교화된 천연 고분자로서, 이는 비산먼지 방지막에 스캐폴드(scaffold) 구조를 형성한다. 본 발명에서, 스캐폴드(scaffold) 구조는 비산먼지 방지막을 구성하는 골격 구조로서, 이는 격자나 그물 형태의 구조를 의미할 수 있다. 상기 가교 고분자는 비산먼지 방지막에 그 자체로서 스캐폴드(scaffold) 구조를 형성하거나, 천연 다당류와 함께 비산먼지 방지막에 격자나 그물 형태의 스캐폴드(scaffold) 구조를 형성한다.
상기 가교 고분자는 피처리물의 표면에 비산먼지 방지막을 형성할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 가교 고분자는 잔탄검(Xanthan gum), 타마린드검(Tamarind gum), 구아검(Guar gum), 카르복시메틸 셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 알긴산나트륨(Sodium alginate), 이들의 중합체 및 이들의 유도체 등으로부터 선택된 하나 이상의 친환경 천연 고분자가 가교제에 의해 가교 결합된 수용성 가교 고분자를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에서, 상기 가교 고분자를 형성하는 천연 고분자는 친환경성의 천연 고분자로서, 예를 들어 잔탄검(Xanthan gum), 타마린드검(Tamarind gum), 구아검(Guar gum), 카르복시메틸 셀룰로오스(Carboxymethyl cellulose), 알긴산나트륨(Sodium alginate), 이들의 중합체 및/또는 이들의 유도체 등으로부터 선택된다. 상기 천연 고분자는, 바람직하게는 잔탄검, 타마린드검, 구아검, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 이들의 공중합체로부터 선택된 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 가교제는 천연 고분자 간을 가교시키는 것으로서, 이는 유기산, 과요오드산, 알데히드 화합물, 양이온성 계면활성제 및/또는 이들의 염으로부터 선택된다. 상기 가교제는, 구체적인 예를 들어 사과산(malic acid), 옥살산(oxalic acid), 구연산(citric acid), 과요오드산(periodic acid), 과요오드산나트륨(sodium periodate), 글루타알데히드(glutaraldehyde) 및/또는 양이온성 계면활성제 등으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 양이온성 계면활성제는 디알킬에스테르 암모늄메토설페이트(Dialkyl ester ammonium methosulfate) 및/또는 올레일 이미다졸리늄메토설페이트(Oleyl imidazolinium methosulfate) 등을 예로 들 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 상기 가교제는 상기 나열한 성분들 중에서도 사과산, 옥살산, 구연산, 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것이 좋다. 상기 가교제로서 사과산, 옥살산, 구연산, 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 경우, 예를 들어 글리시딜 에테르(glycidyl ether)나 글리옥실산 에스테르(glyoxylic acid ester) 등과 같은 에테르나 에스테르 화합물을 사용하는 경우보다 비산먼지 억제능에서는 물론이고 내수성 및 내산성 등에서 유리하여 본 발명에 바람직하다. 보다 바람직하게는, 가교제로서 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상을 사용하는 경우, 내수성 및 내산성 등에서 매우 우수한 특성을 갖는다.
따라서, 상기 가교 고분자는, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서 잔탄검, 타마린드검, 구아검, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 이들의 공중합체로부터 선택된 하나 이상의 친수성 천연 고분자가 사과산, 옥살산, 구연산, 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상의 가교제에 의해 가교된 수용성 가교 고분자를 유용하게 사용할 수 있다. 이때, 상기 가교 고분자는, 구체적인 예를 들어 타마린드검-카르복시메틸 셀룰로오스의 2원 공중합체, 잔탄검-카르복시메틸 셀룰로오스의 2원 공중합체, 잔탄검-구아검-카르복시메틸 셀룰로오스의 3원 공중합체 및 타마린드검-잔탄검-카르복시메틸 셀룰로오스의 3원 공중합체 등으로부터 선택된 코폴리머가 가교제에 의해 가교된 수용성 가교 고분자를 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 가교 고분자는, 즉 상기 예시한 바와 같은 수용성 가교 고분자는 천연 다당류와 혼합되어 각종 비산먼지를 효과적으로 억제하면서 장시간 동안 비산먼지 방지막을 유지하여 비산먼지 억제의 지속성이 높고, 강우 및 강풍에 의한 무너짐이나 흘러내림이 없다. 또한, 상기 가교 고분자는 친환경적이고, 이와 함께 다른 친수성 고분자, 예를 들어 단순 천연 고분자(가교되지 않은 천연 고분자)나, 폴리아크릴아마이드계, 폴리아크릴레이트계 및 비닐아세테이트계 등의 합성 고분자에 비하여 강한 막을 형성하고 우수한 내수성, 내식성, 보습성 및 내후성 등을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 상기 가교 고분자를 형성하는 천연 고분자와 가교제는 에테르(ether)(-O-) 결합을 갖는다. 구체적으로, 상기 가교 고분자는 천연 고분자의 하이드록실(Hydroxyl)(-OH-)에 가교제가 결합되어, 분자 내에 적어도 하나 이상의 에테르(ether)(-O-) 결합을 갖는다. 이때, 상기 가교제는 에테르(-O-) 결합을 위해 유기산(사과산, 옥살산 및 구연산 등)이나 과요오드산으로부터 선택되며, 상기 천연 고분자는 위와 같은 가교제와 탈수 반응(-H2O)을 통해 에테르(-O-) 결합을 가지면서 가교될 수 있다. 상기 가교 고분자는, 예를 들어 하기 [화학식 1]로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
A1-O-B-O-A2
상기 [화학식 1]에서, A1 및 A2는 서로 같거나 다르다. 상기 [화학식 1]에서, A1 및 A2는 천연 고분자로부터 유래된 것으로서, 이들은 각각 독립적으로 잔탄검, 타마린드검, 구아검 및 카르복시메틸 셀룰로오스로부터 선택된 천연 고분자 또는 이들의 중합체로부터 유래된 유도체이다. 또한, 상기 [화학식 1]에서, B는 가교제로부터 유래된 것으로서, 이는 사과산, 옥살산, 구연산 및 과요오드산으로부터 선택된 가교제로부터 유래된 유도체이다. 예를 들어, 상기 A1은 잔탄검, 타마린드검 및 구아검으로부터 유래된 검류 체인(chain)이고, A2는 카르복시메틸 셀룰로오스로부터 유래된 카르복시메틸 셀룰로오스 체인이며, B는 사과산, 옥살산, 구연산 및 과요오드산으로부터 유래된 산 체인(acid chain)이다. 상기 가교 고분자는 [화학식 1]의 화합물을 포함하여, 예를 들어 5만 내지 100만, 또는 10만 내지 80만의 중량평균분자량을 가질 수 있다.
일례를 들어, 상기 가교 고분자는 가교제(구연산이나 과요오드산)에 의해 가교화된 것으로서, 타마린드검-카르복시메틸 셀룰로오스 코폴리머와 가교제의 가교물을 포함할 수 있다. 이때, 가교제는 타마린드검 및/또는 카르복시메틸 셀룰로오스에 결합되며, 이들 간의 결합은 에테르(-O-) 결합을 갖는다. 다른 예를 들어, 상기 가교 고분자는 잔탄검과 가교제(과요오드산)의 가교물을 포함할 수 있으며, 이때 잔탄검과 가교제(과요오드산)는 에테르(-O-) 결합을 갖는다.
하기 [화학식 2]는 가교 고분자로서 잔탄검과 구연산(가교제)의 가교물을 예시한 것이다. 하기 [화학식 2]에 보인 바와 같이, 잔탄검은 구연산(가교제)에 의해 가교되어 가교 고분자를 형성하되, 잔탄검과 가교제(구연산)는 탈수 반응(-H2O)에 의해 에테르(-O-) 결합을 갖는다. 즉, 하기 [화학식 2]의 가교물은 상기 [화학식 1]의 A1-O-B-O-A2로 나타내어지되, 여기서 A1 및 A2는 각각 잔탄검 체인이고, B는 구연산 체인이다.
[화학식 2]
하나의 실시형태에 따라서, 상기 가교 고분자는 산성 조건에서 합성된 것이 좋다. 구체적으로, 상기 천연 고분자와 가교제는 산성 용액(예를 들어, pH 2 ~ 6) 내에서 반응하여 가교 결합(합성)된 것이 좋다. 이와 같이 산성 조건에서 합성된 경우, 상기 천연 고분자와 가교제가 양호한 에테르(-O-) 결합을 가지면서 중성이나 알칼리 조건보다 가교물의 수득률이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시형태에 따라서, 상기 가교 고분자는 이온성을 가질 수 있다. 상기 가교 고분자가 이온성을 가지는 경우, 이는 우수한 비산먼지 억제능력, 비산먼지 억제 지속성, 내수성, 내산성, 내구성, 내후성 및 우수한 보습효과 등을 가지면서 이온성에 의해 전기전도성을 나타내어 정전기 발생 방지능을 더 가질 수 있다. 이와 같이, 이온성에 의해 정전기 발생 방지능을 가지는 경우, 석탄 등의 표면에 적용 시 자연 발화를 방지할 수 있다.
또한, 상기 가교 고분자는, 예를 들어 이온성 계면활성제 및/또는 이온성 금속화합물 등에 의해 이온성을 가질 수 있다.
하나의 실시형태에 따라서, 상기 가교 고분자의 합성 과정에서 천연 고분자 및 가교제(유기산) 이외에 양이온(Cationic) 및 양성이온(Amphorteric) 계면활성제 중에서 선택된 하나 이상을 더 첨가하여 반응시키는 경우, 상기 가교 고분자에 양이온 및 양성이온 계면활성제가 결합되어 이온성을 가질 수 있다. 이때, 상기 양이온 및 양성이온 계면활성제는, 예를 들어 디알킬에스테르 암모늄메토설페이트(Dialkyl ester ammonium methosulfate), 올레일 이미다졸리늄메토설페이트(Oleyl imidazolinium methosulfate), 지방 아민 아세테이트(Fatty amine acetate), 벤잘코늄 클로라이드(Benzalkonium chloride), 알킬베타인(Alkyl betain), 라우라민옥사이드(Lauramine oxide), 소듐라우로암포아세테이트(Sodium lauroamphoacetate), 폴리쿼터늄 10(Polyquaternium 10), 라우릴하이드록시설테인(Lauryl hydroxysultaine), 디스테아릴디모늄클로라이드(Distearyl dimonium Chloride), 알킬설페이트 디스테아릴에스테르(Alkyl sulfate distearyl ester) 및/또는 디소듐 코코암포디아세테이트(Disodium cocoamphodiacetate) 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
다른 실시형태에 따라서, 상기 가교 고분자의 합성 과정에서 천연 고분자 및 가교제(유기산) 이외에 이온성 금속화합물을 더 첨가하여 반응시키는 경우, 금속이온이 가교 고분자에 배위 결합되어 이온성을 가질 수 있다. 상기 이온성 금속화합물은, 예를 들어 Mg, Na, K 및/또는 Ca 등의 금속 양이온을 포함하는 화합물이 사용될 수 있다. 상기 이온성 금속화합물은, 구체적인 예를 들어 Ca 화합물(Ca(OH)2 등) 및/또는 K 화합물(KNO3 등) 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 가교 고분자는 위와 같은 이온성 금속화합물과의 반응에 의해, 분자 내에 예를 들어 Mg, Na, K 및/또는 Ca 등의 금속이온이 배위 결합되어 이온성을 가질 수 있다.
상기 가교 고분자는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 10 ~ 50중량%로 포함될 수 있다. 이때, 가교 고분자의 함량이 10중량% 미만인 경우, 우수한 비산먼지 방지 막의 형성이 어려울 수 있다. 그리고 가교 고분자의 함량이 50중량%를 초과하는 경우, 예를 들어 배합 과정에서 작업성이 떨어질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 가교 고분자는 15 ~ 40중량%로 포함되는 것이 좋다.
[2] 천연 다당류
상기 천연 다당류(Polysaccharide)는 스캐폴드(Scaffold) 구조를 위해 첨가된다. 구체적으로, 상기 천연 다당류는 가교 고분자와 혼합 분산되어 비산먼지 방지막에 격자나 그물(net work) 형태의 스캐폴드(Scaffold) 구조를 형성한다. 이러한 천연 다당류는 잘 알려진 다양한 천연 다당류로부터 선택된다.
상기 천연 다당류는, 구체적인 예를 들어 카라기난(carrageenan), 전분(starch), 로코스트 콩 검(Locust Bean Gum), 한천(Agar) 및 타라검 (Tara Gum) 등으로부터 선택된 하나 이상의 천연 다당류을 포함할 수 있다. 이러한 천연 다당류는 물에 희석되면 팽윤 및 점증 효과와 함께 비산먼지 입자에 코팅 막을 형성하는 유효성분으로 적용하며, 이는 또한 윤활성, 신축성 및 습윤성 등을 부여하여 비산먼지 억제제의 내구성, 내후성 및 지속성을 향상시킬 수 있다. 상기 천연 다당류는 비산먼지 방지막에 그 자체로서 스캐폴드(scaffold) 구조를 형성하거나, 가교 고분자와의 엉킴에 의해 비산먼지 방지막에 격자나 그물 형태의 스캐폴드(scaffold) 구조를 형성한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 비산먼지 억제제가 미세먼지 입자(PM10 Dust)를 포집하는 모습을 보인 모식도이다. 도 1에서, A는 가교 고분자(Crosslinked polymer)이고, P는 천연 다당류(Polysaccharide)를 나타낸다. 또한, 도 1에서 SEM 사진은 천연 다당류(Polysaccharide)로서 카라기난과 가교 고분자(Crosslinked polymer)로서 잔탄검을 보인 것이다.
도 1을 참고하면, 천연 다당류(P)는 그 자체에 의하거나, 가교 고분자(A)와의 엉킴에 의해 격자나 그물 형태의 스캐폴드(scaffold) 구조를 형성한다. 이러한 천연 다당류(P)는 가교 고분자(A)와 함께 비산먼지 입자(PM10 Dust 등)의 표면에 피막(비산먼지 방지막)을 형성하여 비산을 효과적으로 방지하며, 이는 또한 피막에 우수한 보습성 및 지속성 등을 갖게 한다. 아울러, 도 1에 예시한 바와 같이, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 스캐폴드(scaffold) 구조 내에 분산된 계면활성제(S)(Surfactant)와 보습제(H)(Humectant)를 포함한다.
상기 천연 다당류는 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 3 ~ 30중량%로 포함될 수 있다. 상기 천연 다당류는, 바람직하게는 5 ~ 25중량%로 포함될 수 있다. 또한, 상기 천연 다당류는 가교 고분자와 1 : 1.5 ~ 5(천연 다당류 : 가교 고분자 = 1 : 1.5 ~ 5)의 중량비율로 혼합 사용될 수 있다.
[3] 계면활성제
상기 계면활성제는 비산먼지 억제제의 분산 및 유화 등을 위한 것으로서, 이는 토사, 석회, 회분, 코크스 및/또는 석탄 등의 피처리물에 침투성 등을 부여하고, 각 성분들(가교 고분자 및 천연 다당류 등) 간의 분산성을 갖게 하는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
상기 계면활성제는 수용성의 천연 계면활성제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 수용성의 비이온 계면활성제를 유용하게 사용할 수 있다. 상기 계면활성제로서 비이온 계면활성제를 사용하는 경우, 이는 습윤성을 갖게 함은 물론, 피처리물에 대한 침투성 및 분산성을 향상시킬 수 있어 바람직하다. 상기 계면활성제는, 예를 들어 폴리옥시에틸렌류, 솔비탄류 및/또는 글루코시드류 등으로부터 선택될 수 있으며, 바람직하게는 솔비탄모노올레이트, 솔비탄모노라우레이트, 라우릴 글리코시드 및 데실글리코시드 등으로부터 선택된 하나 이상을 유용하게 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 2 ~ 10중량%로 포함될 수 있다. 이때, 계면활성제의 함량이 2중량% 미만인 경우, 이의 첨가에 따른 침투성, 습윤성 유지 및 분산성 개선 효과가 낮아질 수 있다. 그리고 계면활성제의 함량이 10중량%를 초과하는 경우, 거품(foam) 등이 발생하여 살수를 위한 작업성에 방해가 될 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 계면활성제는 3 ~ 7중량%로 포함되는 것이 좋다.
[4] 보습제
상기 보습제는 보습의 지속성을 유지하기 위한 것으로, 이는 수용성의 보습 물질로부터 선택될 수 있다. 상기 보습제는, 바람직하게는 친환경 물질로서, 예를 들어 히알루론산, 식물유래 글리세린, 코코넛 오일, 시어버터, 동백유 및 솔비톨류 등으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 보습제는 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 1 ~ 10중량%로 포함될 수 있다. 이때, 보습제의 함량이 1중량% 미만인 경우, 이의 첨가에 따른 보습 개선 정도가 미미할 수 있다. 그리고 보습제의 함량이 10중량%를 초과하는 경우, 상대적으로 가교 고분자 및/또는 천연 다당류의 함량이 낮아져 양호한 비산먼지 방지막의 형성이 어려울 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 보습제는 3 ~ 8중량%로 포함되는 것이 좋다.
[5] 물
상기 물은 분산 및/또는 희석 용매로서 사용되며, 이는 예를 들어 해수, 수돗물, 증류수, 지하수 및/또는 정제수 등을 사용할 수 있다. 아울러, 물은 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 10 ~ 50중량%, 15 ~ 50중량%, 또는 20 ~ 40중량%로 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[6] 기타 성분
한편, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 필요에 따라서 기타 기능성 성분이나 첨가제 등의 부가 성분을 더 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는, 예를 들어 분산제, 동결 방지제, 소포제, 저장안정제 및/또는 점도 조절제 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 부가 성분들은 통상적으로 사용되는 것으로부터 선택될 수 있으며, 비산먼지 억제능을 저하시키지 않는 범위에서 적정량 첨가될 수 있다. 아울러, 상기 부가 성분은 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 0.001 ~ 5중량%으로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 정전기 발생을 방지하기 위한 정전기 방지제를 더 포함할 수 있다. 정전기 방지제를 더 포함하는 경우, 자연 발화 발생율이 높은 것으로서, 예를 들어 석탄 등의 피처리물에 유용하게 적용할 수 있다. 상기 정전기 방지제는 정전기 발생을 방지할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
상기 정전기 방지제는, 예를 들어 베헨트리모늄 메토설페이트(Behentrimonium methosulfate), 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate), 베헤닐트리메틸암모늄 메토설페이트(Behenyl trimethyl ammonium methosulfate) 및/또는 스테아르트리모늄 메토설페이트(Steartrimonium methosulfate) 등으로부터 선택된 하나 이상을 유용하게 사용할 수 있다. 상기 정전기 방지제는 본 발명에 따른 비산먼지 억제제 전체 중량 기준으로, 예를 들어 0.1 ~ 10중량%로 포함될 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 상기 정전기 방지제는 상기 나열한 성분들 중에서도 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate) 및 스테아르트리모늄 메토설페이트(Steartrimonium methosulfate) 중에서 선택된 하나 이상을 사용하는 것이 좋다. 이와 함께, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 상기 정전기 방지제의 활성화제로서 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산(3-carboxy-1-adamantane acetic acid)을 더 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 정전기 방지제로서 상기 세트리모늄 메토설페이트와 스테아르트리모늄 메토설페이트를 사용하는 경우, 이들 이외의 다른 정전기 방지제를 사용한 경우에 비하여 정전기 발생 억제능에 효과적이다. 아울러, 상기 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산은 정전기 방지제로서의 상기 세트리모늄 메토설페이트와 스테아르트리모늄 메토설페이트를 효과적으로 활성화시켜 정전기 발생 억제능을 개선한다. 구체적으로, 상기 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산은 정전기 방지제를 적은 함량으로 사용하더라도 정전기 방지제의 활성도를 높여 우수한 정전기 발생 억제능을 갖게 할 수 있다. 이때, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 전체 중량 기준으로, 상기 세트리모늄 메토설페이트 및/또는 스테아르트리모늄 메토설페이트로부터 선택된 정전기 방지제를 0.5 ~ 5중량%로 포함될 수 있으며, 상기 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산은 0.1 ~ 3중량%로 포함될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 적어도 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 석탄 등의 피처리물 표면에 비산먼지 방지막(피막)을 형성하여 비산된 먼지(석탄 가루 등)나 비산하려는 먼지의 비산을 억제(방지)하고, 높은 보습성 및 습윤성 등에 의해 장시간 동안 촉촉함을 유지하여 비산먼지 억제 효과의 지속성을 갖는다. 또한, 천연 고분자가 가교제에 의해 가교된 가교 고분자를 포함하여, 단순 천연 고분자(비-가교 고분자)나 기존의 합성 고분자에 비해, 강한 피막을 형성하면서 우수한 내수성 및 내산성 등을 가져 강우나 강풍 등에 의한 무너짐이나 흘러내림이 방지된다. 부가적으로, 속건성으로서 작업성 등이 향상되고, 인체 무해 및 친환경적인 특성을 가지며, 석탄 가루 등의 자연 발화를 방지하여 석탄의 손실 및 화재를 예방할 수 있다.
본 발명에 따른 비산먼지 억제제는 피처리물에 적용 시, 예를 들어 분사 등의 방법을 통해 적용할 수 있다. 이때, 분사 방법으로 적용 시에는 별도의 물에 희석하여 사용한다. 하나의 실시형태에 따라서, 아래와 같은 본 발명의 사용방법을 통해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 비산먼지 억제제는, 여기에 물을 5 ~ 1,000배의 중량비율(또는 부피비율)로 희석하여, 피처리물에 분사(살포)하는 방법으로 사용한다. 구체적으로, 본 발명의 비산먼지 억제제 : 물 = 1 : 5 ~ 1,000의 중량비율(또는 부피비율)로 희석한 처리액(희석액)을 얻은 다음, 상기 처리액(희석액)을 분사장치(예, 살수차 등)를 이용하여 석탄 등의 피처리물에 분사(살포)하여 피막을 형성하는 방법으로 사용한다.
또한, 상기 처리액(희석액)은, 구체적으로 본 발명의 비산먼지 억제제를 물로 희석한 처리액(희석액)은, 예를 들어 20 ~ 600cps의 점도를 가질 수 있다. 이러한 점도의 처리액을 이용하는 경우, 석탄 등의 피처리물에 분사 시 양호한 피막이 형성되고, 이는 또한 속건성 및 분사 작업성(살수차에 의한 살포 등) 등이 향상될 수 있다. 이때, 상기 처리액(희석액)의 점도가 20cps 미만인 경우에는 양호한 피막의 형성이 어렵고, 점도가 600cps를 초과하는 경우에는 경화가 오래 걸리거나 분사가 자유롭지 않을 수 있다. 여기서, 점도는 석탄 야적장 등의 실제 사용 현장에서 측정된 점도(상온 측정값)이다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것은 아니며, 이는 단지 실시예와의 비교를 위해 제공된다.
[실시예 1]
< 가교 고분자 제조 >
탈지된 타마린드검 분말 10g과 카르복시메틸 셀룰로오스 분말 10g을 증류수(200ml)에 첨가, 혼합하여 점성의 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 구연산(가교제)과 H2SO4이 용해된 가온 증류수(800ml)에 낙하시킨 후, 이 용액을 수조에서 약 90분 동안 가열하면서 교반하였다. 가열 교반에 의해 생성된 얇고 투명한 용액을 약 24 시간 동안 상온에 방치하여 침전물이 생성되게 한 다음, 용액을 5,000rpm에서 20분 동안 원심 분리하였다. 이후 상층의 액체를 분리하고, 침전된 타마린드검-구연산-카르복시메틸 셀룰로오스 가교물(구연산에 의해 가교화된 수용성 가교 천연 고분자)을 얻었다. 얻어진 타마린드검-구연산-카르복시메틸 셀룰로오스 가교물을 무수 에탄올, 디에틸에테르 및 아세톤으로 각각 세척한 후, 약 60℃의 온도에서 10시간 동안 건조시켰다. 건조된 가교물을 분말화한 다음, 체질(sieving)(체 번호 : 80)한 후, 데시케이터에 보관하였다.
< 비산먼지 억제제 제조 >
교반기가 달리 용기에 물(증류수)을 넣은 다음, 여기에 상기 가교 고분자(타마린드검-구연산-카르복시메틸 셀룰로오스 가교물), 천연 다당류로서 카라기난(carrageenan)과 로코스트 콩 검(Locust Bean Gum), 계면활성제로서 데실글루코시드(decyl gulucoside), 그리고 분산제로서 스판80을 적정량 첨가, 교반하였다. 다음으로, 교반 용액에 히알루론산과 식물성 글리세린을 혼합한 보습제를 더 첨가한 후, 5시간 동안 교반하여 약 800cps(@ 20℃)의 점도를 가지는 비산먼지 억제제를 제조하였다. 본 실시예에 따른 비산먼지 억제제의 구체적인 성분 및 함량을 하기 [표 1]에 나타내었다. 하기 [표 1]에서 각 성분의 함량은 비산먼지 억제제 전체 중량을 기준으로 한 백분율(중량%)이다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 대비하여, 가교 고분자의 종류를 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 본 실시예에서는 가교화된 천연 고분자로서, 잔탄검(천연 고분자)이 과요오드산(가교제)에 의해 가교된 잔탄검-과요오드산-잔탄검 가교물(과요오드산에 의해 가교화된 수용성 가교 천연 고분자)을 사용하였다. 본 실시예에 따른 비산먼지 억제제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
[실시예 3]
상기 실시예 2와 대비하여, 가교제의 종류를 달리한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 본 실시예에서는 가교화된 천연 고분자로서, 잔탄검(천연 고분자)이 글리시딜 에테르(가교제)에 의해 가교된 잔탄검-글리시딜 에테르-잔탄검 가교물(글리시딜 에테르에 의해 가교화된 수용성 가교 천연 고분자)을 사용하였다. 가교 고분자의 합성 시, 가교제는 구체적으로 부탄디올 디글리시딜 에테르(1,4-Butanediol Diglycidyl Ether)가 사용되었다. 본 실시예에 따른 비산먼지 억제제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 대비하여, 가교 반응을 진행하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 본 비교예에서는 가교제를 사용하지 않고, 타마린드검과 카르복시메틸 셀룰로오스을 중합시킨 타마린드검-카르복시메틸 셀룰로오스 코폴리머(수용성 비-가교 천연 고분자)를 얻은 다음, 이를 주성분으로 하여 실시예 1과 동일한 방법으로 비산먼지 억제제를 제조하였다. 본 비교예에 따른 비산먼지 억제제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
[비교예 2]
상기 실시예 1과 대비하여, 고분자의 종류를 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 구체적으로, 본 비교예에서는 가교화된 천연 고분자 대신에 합성 고분자를 사용하되, 아크릴레이트와 비닐아세테이트를 공중합시킨 아크릴-비닐아세테이트 코폴리머(수용성 비-가교 합성 고분자)를 사용하였다. 본 비교예에 따른 비산먼지 억제제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 1]에 보인 바와 같다.
위와 같이 제조된 각 실시예 및 비교예에 따른 비산먼지 억제제에 대하여, 다음과 같이 내수성 및 내산성을 평가하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
< 시험예 1 > : 내수성 평가
각 실시예 및 비교예에 따른 비산먼지 억제제를 유리판에 코팅한 다음, 건조시켜 코팅 피막을 형성하였다. 이후, 각 실시예 및 비교예에 따른 코팅 시편에 대하여, 염수분무 테스트를 통해 내수성 및 내식성을 평가하였다. 염수분무 테스트는 염수의 농도 10중량%의 NaCl 수용액, 시험 온도 35 ± 0.5℃, 분무 압력 0.098 ± 0.002MPa, 분무량 1.4ml/h at 80㎠의 조건에서 각 코팅 시편에 염수를 30분 동안 분무한 다음, 코팅 피막의 변색 발생 여부와 흘러내림 여부를 육안으로 확인하여 평가하였다. 하기 [표 1]에, 변색 발생 여부에 따라 변색이 없는 경우에는 "무변색", 변색이 발생된 경우에는 "변색"으로 나타내고, 흘러내림 여부에 따라 흘러내림이 없는 경우에는 "내수", 녹아서 흘러내림이 있는 경우에는 "용해"로 표시하였다.
< 시험예 2 > : 내산성 평가
각 실시예 및 비교예에 따른 비산먼지 억제제를 유리판에 코팅한 다음, 건조시켜 코팅 피막을 형성하였다. 이후, 각 실시예 및 비교예에 따른 코팅 시편을 약 40℃의 황산 수용액(황산 농도 38wt%)에 24시간 동안 함침한 다음 꺼내어 각 코팅 피막의 변색이나 핀홀(pin hole) 발생 여부를 육안으로 확인하여 평가하였다. 황산 수용액에 함침 후, 변색이나 핀홀이 발생되지 않는 경우에는 "내산", 변색이 발생된 경우에는 "변색", 핀홀이 발생된 경우에는 "핀홀"로 표기하여 하기 [표 1]에 나타내었다.
| 비 고 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 1 | 비교예 2 | |
| 가교 고분자 | A-1(1) | 22.0 | - | - | - | - |
| A-2(2) | - | 22.0 | - | - | - | |
| A-3(3) | - | - | 22.0 | - | - | |
| 비-가교 고분자 |
TG/CMC(4) | - | - | - | 22.0 | - |
| AV(5) | - | - | - | - | 22.0 | |
| 천연 다당류 | 카라기난 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
| 로코스트 콩 검 | 4.0 | 4.0 | - | 4.0 | 4.0 | |
| 계면활성제 | 데실글루코시드 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
| 보습제 | 히알루론산 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
| 글리세린 | 1.5 | 1.5 | - | 1.5 | 1.5 | |
| 분산제 | 스판80 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| 증류수 | 잔량 | 잔량 | 잔량 | 잔량 | 잔량 | |
| 내수성 평가 | 무변색/용해 | 무변색/내수 | 무변색/용해 | 변색/용해 | 변색/용해 | |
| 내산성 평가 | 내산 | 내산 | 변색 | 변색/핀홀 | 변색/핀홀 | |
| (1) A-1 : 타마린드검과 카르복시메틸 셀룰로오스가 구연산에 의해 가교된 가교물(가교 천연 고분자) (2) A-2 : 잔탄검이 과요오드산에 의해 가교된 가교물(가교 천연 고분자) (3) A-3 : 잔탄검이 글리시딜 에테르에 의해 가교된 가교물(가교 천연 고분자) (4) TG/CMC : 타마린드검과 카르복시메틸 셀룰로오스의 코폴리머(비-가교 천연 고분자) (5) AV : 아크릴-비닐아세테이트 코폴리머(비-가교 합성 고분자) |
||||||
먼저, 실시예 1 ~ 3과 비교예 1 ~ 2를 대비하여 보면, 상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 가교제에 의해 가교된 가교물(가교 고분자)을 사용한 경우(실시예 1 ~ 3)가 그렇지 않은 경우(비교예 1 ~ 2)에 비하여, 강한 피막을 형성하여 내수성 및 내산성이 우수함을 알 수 있었다.
또한, 실시예 1 ~ 3을 대비하여 보면, 가교제의 종류에 따라 특성이 달라짐을 알 수 있었다. 상기 [표 1]에 보인 바와 같이, 가교제로서 구연산이나 과요오드산을 사용한 경우(실시예 1 ~ 2)가 글리시딜 에테르를 사용한 경우(실시예 3)보다 내수성이나 내산성에서 유리함을 알 수 있었다. 특히, 가교제로서 과요오드산을 사용한 경우(실시예 2)가 구연산을 사용한 경우(실시예 1)보다 강한 내수성을 가짐을 알 수 있었다.
< 시험예 3 > : 비산먼지 억제능 평가
한편, 비산먼지 억제제의 지속성을 알아보고자 다음과 같이 실험을 진행하였다.
상기 실시예 1에 따른 비산먼지 억제제에 50배(부피 기준)의 물을 첨가, 혼합한 희석액을 준비하였다. 준비된 희석액을 토사(흙더미)에 충분히 젖을 정도로 분사한 후, 1일 후와 7일 후의 지속성(젖음성)을 관찰하였다. 첨부된 도 2는 분사 1일 후와 7일 후의 모습을 보인 사진이다. 또한, 대조군에 대해서도 동일한 방법으로 지속성(젖음성)을 관찰하여 도 2에 나타내었다. 도 2에서, 대조군 1은 물을 분사한 토사의 사진이고, 대조군 2는 합성 고분자를 주성분으로 하는 기존 제품을 분사한 토사의 사진이다.
아울러, 첨부된 도 3은 비산먼지 억제제를 비포장도로에 분사하고, 1일이 지난 후에 트럭이 지나가고 있는 모습을 보인 사진이다. 도 3에서 (a)는 실시예 1에 따른 비산먼지 억제제(희석액)를 분사한 도로의 사진이고, (b)는 물을 분사한 도로의 사진이다.
먼저, 도 2에 보인 바와 같이, 실시예 1에 따른 비산먼지 억제제는 대조군 1 및 대조군 2와 대비하여, 1일이 지난 후에는 물론이고 7일이 지난 후에도 촉촉함(습윤성/보습성)을 유지하고 있음을 알 수 있었다. 이는 실시예 1에 따른 비산먼지 억제제가 대조군에 비해 우수한 비산먼지 억제능을 가짐은 물론 지속성이 높음을 의미한다. 또한, 일반적으로 도로에 트럭이 지나가는 경우 트럭 후미에서는 강한 바람(강풍)이 발생되는데, 도 3에 보인 바와 같이 실시예 1에 따른 비산먼지 억제제를 적용한 도로의 경우 강한 바람(강풍)이 발생함에도 먼지 발생이 없음을 알 수 있었다.
[실시예 4 ~ 6]
상기 실시예 1과 대비하여, 각 실시예(4 ~ 6)에 따라 정전기 방지제를 더 첨가하거나, 정전기 방지제의 활성화제를 더 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 이때, 정전기 방지제는 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate)와 스테아르트리모늄 메토설페이트(Steartrimonium methosulfate)를 사용하였으며, 정전기 방지제의 활성화제는 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산(3-carboxy-1-adamantane acetic acid)을 사용하였다. 각 실시예(4 ~ 6)에 따른 비산먼지 억제제의 구체적인 성분 및 함량은 하기 [표 2]에 보인 바와 같다.
또한, 상기 실시예 4 ~ 6에 따른 비산먼지 억제제에 대하여 내수성과 정전기 발생 억제능을 평가하였다. 이때, 내수성은 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하였으며, 정전기 발생 억제능은 아래와 같은 방법으로 평가하였다. 아울러, 상기 실시예 1에 따른 비산먼지 억제제에 대해서도 아래와 같은 방법으로 정전기 발생 억제능을 평가하였다. 이상의 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다.
< 정전기 발생 억제능 평가 >
정전기 발생 억제능은 표면 저항값으로 평가하였다. 먼저, 각 실시예들에 따른 비산먼지 억제제를 유리판에 코팅한 다음, 건조시켜 피막을 형성하였다. 이후, 각 실시예들에 따른 코팅 시편에 대하여, ASTM D 257에 준하여 면저항 측정기(4-point probe)를 이용하여 표면 저항[Ω/sq]을 측정하였다. 이때, 표면 저항은 인가전압 10V, 온도 22 ± 2℃ 및 상대습도 50 ± 5% RH의 조건에서 수회 측정하여 평균값을 [표 2]에 나타내었다.
| 비 고 | 실시예 1 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 | |
| 가교 고분자 | A-1(1) | 22.0 | 22.0 | 22.0 | 22.0 |
| 천연 다당류 | 카라기난 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 |
| 로코스트 콩 검 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | 4.0 | |
| 계면활성제 | 데실글루코시드 | 5.0 | 5.0 | 5.0 | 5.0 |
| 보습제 | 히알루론산 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
| 글리세린 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
| 분산제 | 스판80 | 1.2 | 1.2 | 1.2 | 1.2 |
| 정전기 방지제 | CT-S(6) | - | 2.0 | 4.0 | 2.0 |
| ST-S(7) | - | 2.0 | 2.0 | 1.5 | |
| 활성화제 | CA-Ac(8) | - | - | - | 0.5 |
| 증류수 | 잔량 | 잔량 | 잔량 | 잔량 | |
| 내수성 평가 | 무변색/내수 | 무변색/내수 | 변색/내수 | 무변색/내수 | |
| 표면 저항[Ω/sq] (x 106) |
4.26 | 3.44 | 3.21 | 3.27 | |
| (1) A-1 : 타마린드검과 카르복시메틸 셀룰로오스가 구연산에 의해 가교된 가교물(가교 천연 고분자) (6) CT-S : 세트리모늄 메토설페이트(Cetrimonium methosulfate) (7) ST-S : 스테아르트리모늄 메토설페이트(Steartrimonium methosulfate) (8) CA-Ac : 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산(3-carboxy-1-adamantane acetic acid) |
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상기 [표 2]에 보인 바와 같이, 정전기 방지제가 더 첨가된 경우(실시예 4 ~ 6)가 그렇지 않은 경우(실시예 1)에 비하여 정전기 발생 억제능이 개선될 수 있음을 알 수 있었다. 그리고 실시예 4와 실시예 5를 대비하여 보면, 정전기 방지제의 함량이 많은 경우(실시예 5), 정전기 발생 억제능에서는 유리하나 내수성이 떨어짐(변색 발생)을 알 수 있었다. 또한, 실시예 4와 실시예 6을 대비하여 보면, 정전기 방지제의 활성화제로서 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산(CA-Ac)이 더 첨가된 경우(실시예 6), 그렇지 않은 경우(실시예 4)와 대비하여 정전기 방지제의 함량이 낮음에도 불구하고 높은 정전기 발생 억제능을 가짐을 알 수 있었다.
A : 가교 고분자 P : 천연 다당류
S : 계면활성제 H : 보습제
S : 계면활성제 H : 보습제
Claims (5)
- 천연 고분자가 가교된 가교 고분자;
천연 다당류;
계면활성제;
보습제; 및
물을 포함하고,
상기 가교 고분자는, 천연 고분자가 가교제에 의해 가교 결합된 수용성 가교 고분자이며,
상기 천연 고분자는 잔탄검, 타마린드검, 구아검, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 이들의 공중합체로부터 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 가교제는 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 비산먼지 억제제.
- 제1항에 있어서,
상기 비산먼지 억제제는,
정전기 발생을 방지하기 위한 정전기 방지제; 및
상기 정전기 방지제의 활성화제를 더 포함하고,
상기 정전기 방지제는 세트리모늄 메토설페이트 및 스테아르트리모늄 메토설페이트 중에서 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 정전기 방지제의 활성화제는 3-카르복시-1-아다만탄 아세트산을 포함하는 비산먼지 억제제.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 천연 다당류는 카라기난, 전분, 로코스트 콩 검, 한천 및 타라검으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 비산먼지 억제제.
- 삭제
- 천연 고분자와 가교제를 가교 반응시켜, 천연 고분자가 가교제에 의해 가교 결합된 가교 고분자를 형성하는 가교 반응단계; 및
상기 가교 고분자에 천연 다당류, 계면활성제, 보습제 및 물을 혼합, 교반하는 혼합단계를 포함하고,
상기 천연 고분자는 잔탄검, 타마린드검, 구아검, 카르복시메틸 셀룰로오스 및 이들의 공중합체로부터 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 가교제는 과요오드산 및 과요오드산나트륨으로부터 선택된 하나 이상을 포함하고,
상기 천연 다당류는 카라기난, 전분, 로코스트 콩 검, 한천 및 타라검으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며,
상기 가교 반응단계는 촉매 존재 하에서 30℃ ~ 150℃의 온도에서 진행하고,
상기 촉매는 황산(H2SO4)을 포함하는 비산먼지 억제제의 제조방법.
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