KR102646273B1 - 친환경 비산저감제 조성물 및 이를 이용한 비산저감 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 글루콘산나트륨, 스타이렌-부타디엔, 하이드록시프로필메틸셀룰로스, 이산화티탄 및 세토스테아릴알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물에 관한 것이다.
Description
본 발명은 친환경 비산저감제 조성물 및 이를 이용한 비산저감 방법에 관한 것이다.
비산먼지는 공사장 등에서 일정한 배출구를 거치지 않고 대기 중으로 직접 배출되는 먼지를 말하며, 주로 시멘트 공장, 연탄공장, 연탄 이적장, 도정공장, 골재공장, 건축, 토목현장 등에서 배출되는 것으로, 이러한 비산먼지는 공기 중에 부유 상태로 존재하면서 햇빛을 차단하여, 동화 작용, 호흡 작용, 증산 작용 등을 저해함으로써 식물 생육에 악영향을 미친다.
또한, 호흡을 통해 인체에 침입하여 기관지, 폐 등의 호흡기에 부착될 수 있으며, 그 중 일부는 폐포 등에 침착 또는 축적되어 인체에 유해한 영향을 나타낸다.
각종 건축 및 토목현장에 발생하는 이러한 비산먼지에 대한 대책으로써 집진기와 같이 먼지를 빨아들여 정화하는 장치를 사용할 수 있으나, 이러한 장치의 사용은 비용이 많이 들고, 공간의 제한이 있으며, 공사용 임시팬의 경우 주름관을 사용한 팬을 이용하여 강제 환기를 시켜야 하고, 외부로 빠져나가는 먼지는 별도 처리하여야 하는 불편함이 있으며, 그 결과 2차적인 오염이 발생할 수 있는 문제가 있다.
한편, 비산먼지에 대한 대책으로써 가장 저렴한 방법은 물을 분사하거나 살수하는 방법이다. 그러나 이러한 방법은 기온이 낮을 경우에는 분사 후 물이 결빙하여 작업자들에게 낙상 등의 위험성이 증가할 우려가 있고, 기온이 높을 경우에는 물의 빠른 증발로 인하여 다량의 물을 연속적으로 분사하여야 하는 불편함이 있으므로, 비산 먼지를 완전히 막지 못하며, 나아가 콘크리트의 절단 가루의 경우 시간이 지나면 물과 함께 굳어지므로 2차 오염이 발생할 수 있다.
이러한 비산먼지 저감제의 예로서, 대한민국 특허 10-0494538호는 비포장 지면의 비산 먼지를 억제하는 먼지 시공 방법 및 이때 사용되는 먼지 억제제를 개시하고 있으며, 보다 상세하게는 염화마그네슘 또는 염화칼슘과 물을 혼합하여 여러 번에 걸쳐서 살포하는 방법을 개시하고 있다.
그러나, 염화마그네슘 또는 염화칼슘은 다양한 수화물의 구조를 지니고 있으며, 수용액에 혼합하면 이온화되고, 또한 많은 양을 사용하면 토양 염분도를 증가시키는 결과, 염류 집적이 발생하여 식물의 생장을 방해하고 토양 산성화를 일으킬 수 있으며, 장비의 부식도 유발할 수 있다.
본 발명의 목적은 비산방지는 물론 고온에서 쉽게 증발되지 않으며, 동절기 영하의 온도에서 결빙되지 않아 계절, 온도 등에 무관하게 적용될 수 있고, 중금속 등 오염물질의 제거도 가능하며, 생분해성을 가져 친환경적인 비산저감제 조성물 및 이를 이용한 비산 저감방법을 제공하고자 함이다.
본 발명의 친환경 비산저감제 조성물(이하, "본 발명의 조성물"이라 함)은, 글루콘산나트륨, 스타이렌-부타디엔, 하이드록시프로필메틸셀룰로스, 이산화티탄 및 세토스테아릴알코올을 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
하나의 예로 프로필렌 글리콜이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 스테아르산칼슘이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 갈조류 섬유가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 소르비톨이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 아민계 방청제가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 친환경 비산저감제 조성물을 이용한 비산 저감방법(이하, "본 발명의 저감방법"이라 함)은 상기 친환경 비산저감제 조성물을 배합하는 단계(S10); 및 상기 S10단계에서 배합된 상기 친환경 비산저감제 조성물을 피살포대상에 살포하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 "피살포대상"이라 함은 도로, 공사현장 등에서 토사운반 장소, 자동식 세륜시설, 수조를 이용한 세륜시설, 야적장소, 싣기 및 내리기 장소, 이송장소(과정), 살수장소 등을 포함하여 어떠한 작업에 의해 미세먼지가 비산되는 장소이면 그 종류를 한정하지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 비산방지는 물론 고온에서 쉽게 증발되지 않으며, 동절기 영하의 온도에서 결빙되지 않아 계절, 온도 등에 무관하게 적용될 수 있고, 중금속 등 오염물질의 제거도 가능한 장점이 있으며, 생분해성을 가져 친환경적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 대한 비산저감 실험결과를 나타내는 사진.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 대한 토양에 살포후 중금속, 유기오염물질의 변화량을 측정할 실험결과.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 대한 토양에 살포후 중금속, 유기오염물질의 변화량을 측정할 실험결과.
이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조성물은 글루콘산나트륨, 스타이렌-부타디엔, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 및 이산화티탄을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 물 100중량부에 대해 글루콘산나트륨 20 내지 50중량부, 스타이렌-부타디엔 50 내지 200중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 3 내지 10중량부 및 이산화티탄 3 내지 10중량부를 포함하도록 배합됨이 타당하다.
상기 스타이렌-부타디엔은 내열성을 향상시키기 위한 구성으로 상기 스타이렌-부타디엔의 첨가에 의해 고온에서 증발을 제어토록 하는 것이다.
상기 하이드록시프로필메틸셀룰로스는 결합제로서 응집으로 인한 조대화 된 미세먼지의 결합강도를 향상시키는 기능을 하는 것이다.
상기 하이드록시프로필메틸셀룰로스는 상기 배합범위로 배합되어야 하는데, 이는 상기 배합범위 미만이면 응집된 미세먼지의 결합강도가 저하될 수 있다. 반대로 상기 배합범위를 초과하는 경우 타 조성의 응집을 유발시켜 오히려 비산먼지 저감효율을 저하시킬 수 있는 문제가 있다.
상기 이산화티탄은 질소산화물을 제거하는 기능이 발현되도록 하는 것이다.
또한 본 발명의 조성물에는 아민계방청제가 더 포함되도록 할 수 있는데, 이는 봄, 가을에 아민계 방청제가 더 포함되도록 하여 제설제 및 염화칼슘을 아민염으로 고정화 시켜 도로의 시설물의 부식(철, 신호등 표지판, 가드레일 등) 및 스케일링(콘크리트, L형 측구, 중앙분리대, 도로포장, 교량, 터널 등) 발생 억제로 내구년한 증대시키도록 하는 것이다.
바람직하게는 물 100중량부에 대해 아민계방청제 3 내지 10중량부로 배합됨이 타당하다.
또한 본 발명은 상기 조성외에도 세토스테아릴알코올이 더 포함되는 예를 제시하고 있다.
상기 세토스테아릴알코올을 첨가토록 하는 이유는 비산먼지에는 다양한 경로에 의해 유입된 중금속 성분들이 다량 함유될 수 있는데, 이러한 중금속 성분을 제거하기 위한 기능이 발현되도록 하는 것이다.
상기 세토스테아릴알코올은 pH 7의 수용액에서의 제타전위 값이 ??3mV이하인 것을 특징으로 하는데, 제타전위(zeta potential) 값이 음의 값을 갖는 의미할 수 있다.
제타전위 값은 통상적으로 알려진 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예컨대, 쿼츠 큐벳(Quartz Cuvette)에 시료 0.01중량%를 포함하는 수용액을 제조하여 100ul를 로딩한 후 제타사이저 나노 제트에스(Zetasizer Nano ZS,Malvern 社) 기기를 이용하여 측정할 수 있다. 이와 같이 세토스테아릴알코올의 첨가에 의해 양전하를 띠는 용존성 중금속성분을 흡착할 수 있게 되는 것이다.
이에 더하여 상기 세토스테아릴알코올은 증점작용에 의해 미세먼지 응집강도를 더욱 증대시킬 수 있도록 한다.
이는 상기에서 언급한 바와 같이 하이드록시프로필메틸셀룰로스의 첨가량을 상기 배합범위를 초과하도록 배합하는 경우 오히려 미세먼지 저감효율을 저하시킬 수 있기 때문에 하이드록시프로필메틸셀룰로스의 첨가량을 상기와 같이 한정하면서 세토스테아릴알코올이 더 포함되도록 하는 것이다.
바람직하게 세토스테아릴알코올은 물 100중량부에 대해 1 내지 5중량부로 배합됨이 타당하다.
그런데 세토스테아릴알코올이 첨가되는 경우 다소 빙점이 올라가는 문제가 있을 수 있는 바, 본 발명의 조성물에는 세토스테아릴알코올에 더하여 프로필렌 글리콜이 더 포함되는 예가 제시된다.
즉 프로필렌 글리콜의 첨가에 의해 저온에서 결정화 되는 현상을 방해함으로써 빙점을 저하시키도록 하는 것이다.
바람직하게 상기 프로필렌 글리콜은 물 100중량부에 대해 0.1 내지 1중량부로 배합됨이 타당하다.
또한 본 발명에서는 본 발명의 조성물이 피살포대상에 살포가 이루어진후 생분해가 촉진되도록 하기 위해 스테아르산칼슘이 더 첨가되는 예를 제시한다. 즉 스테아르산칼슘의 첨가에 의해 비산먼지의 제어후 생분해가 촉진되도록 하여 별도의 후처리가 필요없도록 하는 것이다.
바람직하게는 스테아르산칼슘은 물 100중량부에 대해 1 내지 5중량부로 배합됨이 타당하다.
그런데 스테아르산칼슘의 첨가에 의해 조기에 생분해가 촉진되는 경우 발열에 의해 조기건조로 비산먼지 제거효율이 저하될 수 있는 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 스테아르산칼슘의 첨가에 의해 조기건조가 이루어지는 문제를 제어하기 위해 갈조류 섬유 또는 소르비톨이 첨가되는 예가 제시된다.
상기 소르비톨은 보습기능이 발현되도록 하여 스테아르산칼슘의 첨가에 의한 조기건조가 제어되도록 하는 것이다.
바람직하게 소르비톨은 물 100중량부에 대해 0.1 내지 1중량부가 배합되도록 함이 타당하다.
이와 대비 갈조류 섬유의 경우 조기건조를 제어하는 것은 물론 갈조류 섬유 자체가 비산먼지로부터 오염물질의 제거가 가능하고, 비산먼지 응집의 핵으로서 기능이 발현되도록 할 수 있다.
상기 갈조류 섬유의 첨가에 의해 스테아르산칼슘의 첨가에 의한 조기건조가 제어되도록 하는 것은 물론 갈조류 섬유의 첨가에 의해 비산먼지에 포함된 유기오염물질 등의 제거가 이루어질 수 있는 것이며, 비산먼지의 응집시 핵으로서 기능이 발현되어 비산먼지의 응집 결합력을 더욱 높이도록 하는 것이다.
상기 갈조류는 미역, 다시마, 모자반, 톳, 감태, 곰피, 대항 등을 포함하는 것으로 바닷가에 버려지는 폐기갈조류가 적용됨이 더욱 타당하다.
이러한 갈조류 섬유는 공지기술로서 제조될 수 있는 것으로, 예로 폐기된 갈죠류를 쪄낸 후 한천을 제거하여 펄프화시키는 단계와, 갈조류 섬유를 에틸알코올 또는 주정에 분산하여 탈수하는 단계와, 혼합액을 원심 분리하여 알코올을 제거하는 단계와, 건조단계를 거쳐 제조될 수 있다.
바람직하게 갈조류 섬유는 물 100중량부에 대해 0.1 내지 1중량부가 배합되도록 함이 타당하다.
이하, 실험예에 의해 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
<실시예 1>
물 100중량부에 대해 글루콘산나트륨 40중량부, 스타이렌-부타디엔 100중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 3중량부, 이산화티탄 3중량부가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.
<실시예 2>
물 100중량부에 대해 글루콘산나트륨 40중량부, 스타이렌-부타디엔 100중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 3중량부, 이산화티탄 3중량부, 세토스테아릴알코올 1중량부가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.
<실시예 3>
물 100중량부에 대해 글루콘산나트륨 40중량부, 스타이렌-부타디엔 100중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 3중량부, 이산화티탄 3중량부, 세토스테아릴알코올 1중량부, 프로필렌 글리콜 0.1중량부가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.
<실시예 4>
물 100중량부에 대해 글루콘산나트륨 40중량부, 스타이렌-부타디엔 100중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 3중량부, 이산화티탄 3중량부, 세토스테아릴알코올 1중량부, 프로필렌 글리콜 0.1중량부, 스테아르산칼슘 3중량부가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.
<실시예 5>
물 100중량부에 대해 글루콘산나트륨 40중량부, 스타이렌-부타디엔 100중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 3중량부, 이산화티탄 3중량부, 세토스테아릴알코올 1중량부, 프로필렌 글리콜 0.1중량부, 스테아르산칼슘 3중량부, 미역섬유 0.5중량부가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.
상기 미역섬유는 바닷가에서 채취된 폐기된 미역을 물에 세척하여 이물질을 제거한 후 증기를 이용하여 1시간 동안 쪄내었다. 이후 초산을 5중량% 혼합하여 100중량부의 물에 혼합하여 한천(agar)을 제거하고 남은 섬유질을 미역섬유의 원료로서 사용하였다.
얻어진 섬유는 원심분리를 통해 남아있는 이물질을 제거하는 공정을 거치게 되며, 탈수후 에틸알코올을 이용하여 탈수 과정을 거치게 된다. 탈수 처리된 섬유는 원심분리 등을 이용하여 알코올 성분을 제거한 후 50℃에서 진공 건조한 후 믹서기로 분쇄하여 제조하였다.
<실시예 6>
물 100중량부에 대해 글루콘산나트륨 40중량부, 스타이렌-부타디엔 100중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로스 3중량부, 이산화티탄 3중량부, 세토스테아릴알코올 1중량부, 프로필렌 글리콜 0.1중량부, 스테아르산칼슘 3중량부, 소르비톨 0.5중량부가 배합되도록 하여 시료를 제작하였다.
우선 실시예 1에 대해 미세먼지 저감률에 대한 실험을 수행하였는 바, 1회 살포량은 0.8 내지 1.0㎏/㎡로 하여 미세먼지(PN-10) 발생량을 측정하였다. 그 결과가 도 1에 도시되고 있는데, 살포횟수가 증가될수록 미세먼지가 저감되는 것을 알 수 있다.
실시예 2에 대해 도 2는 미살포 토양샘플에 대한 중금속 등의 함량에 대한 실험결과이며, 도 3은 살포된 토양샘풀에 대한 중금속 등의 함량에 대한 실험결과이다.
도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명의 조성물(실시예 1)의 살포에 의해 중금속, 유기오염물질이 저감되는 것을 알 수 있다.
그 다음으로 실시예 1 내지 실시예 6에 대한 미세먼지의 제거성능을 평가하기 위해 밀폐된 전용 실험부스에서 마른 흙시료 1 및 2를 각각 준비한 후 상기 마른 흙시료 2에만 상기 실시예들을 분사(4회)하였다.
실험방법은 상층 방향으로 풍속 약 7 내지 9m/s의 바람을 불어 각각 먼지 차단성능을 확인하였다. 저감비율 1의 경우 20 내지 23℃에서 저감비율을 실험한 결과이고, 저감비율 2의 경우 -2 내지 1℃에서 저감비율을 실험한 결과이다. 그 결과는 하기 표 1에 도시되고 있다.
| 구분 | 저감비율1(%) | 저감비율2(%) |
| 실시예1 | 83 | 82 |
| 실시예2 | 88 | 81 |
| 실시예3 | 89 | 88 |
| 실시예4 | 88 | 86 |
| 실시예5 | 93 | 92 |
| 실시예6 | 89 | 88 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 각 실시예들은 온도에 영향없이 미세먼지 저감에 효과가 발현되는 것을 알 수 있으나, 실시예 2의 경우 낮은 온도에서 미세먼지 저감효과가 저하되는 것을 알 수 있는데, 이는 중금속 제거능을 향상시키기 위해 세토스테아릴알코올의 첨가에 의해 빙점이 높아진 원인에 의한 것으로 판단되며, 실시예 3의 경우는 프로필렌 글리콜의 더 첨가되어 빙점을 저하시킴에 의해 미세먼지 저감효과가 보상되는 것으로 판단된다.
실시예 2의 경우가 실시예 1의 경우보다 미세먼지 저감효과가 향상되는 것을 알 수 있는데, 이는 세토스테아릴알코올의 첨가에 의해 미세먼지 응집효율을 높임에 기인한 것으로 판단된다.
실시예 5의 경우가 미세먼지 저감효과에서 가장 우수한 효과가 발현되는 것을 알 수 있는데 이는 미역섬유가 더 첨가되어 미세먼지 응집의 물리적 핵으로서 작용됨에 기인한 것으로 판단된다.
그 다음으로 실시예 4 내지 6에 대해 상기 저감비율 1의 실험예와 동일한 방법으로 실시하되, 10일 동안 비산먼지를 측정하였다. 실험방법은 1회차에 상기 실시예 4 내지 6의 시료를 10일간 방치하면서 5회차까지 측정을 진행하였다. 그 결과가 하기 표 2에 도시되고 있다.
| 구분 | 실시예4(%) | 실시예5(%) | 실시예6(%) |
| 1일 | 88 | 93 | 89 |
| 3일 | 88 | 93 | 88 |
| 5일 | 87 | 92 | 88 |
| 7일 | 86 | 91 | 87 |
| 10일 | 82 | 91 | 87 |
실시예 4의 경우 타 실시예들에 비해 시간경과에 따라 비산먼지 저감율이 저하되는 것을 알 수 있는데, 이는 생분해 촉진을 위한 스테아르산칼슘의 반응에 의한 것으로 판단되며, 실시예 5 및 실시예 6의 경우 각각 미역섬유 및 소르비톨의 첨가에 의한 보습에 의해 비산먼지 저감율의 저하가 더딘 것을 알 수 있다.
한편 본 발명의 비산 저감방법은 상기 조성물을 배합하는 단계(S10); 및 상기 S10단계에서 배합된 상기 친환경 비산저감제 조성물을 피살포대상에 살포하는 단계(S20);를 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, S20단계를 수행함에 있어서 상기 살포는 30g/m2 내지 300g/m2의 살포량으로 수행되는 것이 바람직하다. 30g/m2 미만의 살포량으로 수행하는 경우에는 약 85% 이상의 충분한 비산먼지 저감효과를 기대하기 어려우며, 300g/m2을 초과하는 살포량으로 수행되는 경우에는 살포량 증가에 따른 비산먼지 저감효과의 상승률이 크지 않아 비경제적이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
Claims (8)
- 글루콘산나트륨, 스타이렌-부타디엔, 하이드록시프로필메틸셀룰로스, 이산화티탄 및 세토스테아릴알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
프로필렌 글리콜이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
스테아르산칼슘이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물.
- 제 4항에 있어서,
갈조류 섬유가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물.
- 제 4항에 있어서,
소르비톨이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
아민계 방청제가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물.
- 제 1항, 제3항 내지 제 7항 중 어느 한 항의 친환경 비산저감제 조성물을 배합하는 단계(S10); 및
상기 S10단계에서 배합된 상기 친환경 비산저감제 조성물을 피살포대상에 살포하는 단계(S20);을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 비산저감제 조성물을 이용한 비산저감 방법.
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