KR20030013655A - 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법 - Google Patents

고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유기성물질을 용매와 혼합하여 액상화함으써 강도와 내구성을 강화시킬 수 있도록 된 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 바인더에 유기성재료를 사용하고, 고화보조제로는 무기성재료를 사용한 고분자화합물을 이용함으로써 고형화를 촉진할 수 있고, 용이하게 오염물질을 고형화할 수 있으며, 고분자화합물 뿐만 아니라 폐기도료(자동차등 외장재 도장 후 열처리시 발생되는 폐기물) 또는 폐스치로폴등을 바인더로 활용할 수 있다. 또한 바인더를 액상화함으로 다양한 물질을 용이하게 안정화/고형화 시킬 수 있다.

Description

고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법{A binder using polymer and it's making method}
본 발명은 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유기성물질을 용매와 혼합하여 액상화함으써 강도와 내구성을 강화시킬 수 있도록 된 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 토목공사들을 실시할 때 기초지반 조성 및 고화처리 안정화를 위해 사용되는 바인더는 중금속 등의 오염물질을 포함하는 유해폐기물의 처리에 사용되는 재료에 따라 무기성 바인더와 유기성 바인더로 분류할 수 있다.
무기성 바인더는 대체적으로 시멘트의 반응성을 가진 물질로서, 무기성 슬러지(중금속류)를 처리하는데 용이하게 사용되어지며, 이는 취급, 혼합, 경화 등이 용이하고 비용이 비교적 저렴하여 현재 광범위하게 사용되고 있으나, 무기성 바인더는 고화재료의 첨가에 의해 폐기물의 무게와 부피가 증가되고, 중금속 및 염류등이 용출될 위험성이 있었다.
유기성 바인더는 플라스틱재료를 사용하여 특정방사선폐기물이나 유기성 오염물질을 폐기처리하는데 사용되는 것으로, 포졸란 및 시멘트의 고형화(무기성 바인더)로는 처리할 수 없는 독성이 높은 물질을 효과적으로 고형화 할 수 있고 고화로 인한 부피와 무게의 증가가 없으나, 고가인 고화제의 원료와 특수한 장비를 구비하여야 하고 폐기물을 건조시킬 때와 플라스틱을 용융시킬 때에 에너지가 많이 소요되어 경제성이 떨어지고, 고도의 기술을 필요로 하는 문제점이 있었다.
더군다나, 상기 바인더물질과 고화물이 용이하게 혼합되지 못함으로 인해 고화처리 후 균열이 발생하고, 수분이 쉽게 침투하여 안정적으로 사용할 수 없었으며, 해안공사시에는 염분에 의해 고화물의 압축강도가 저하되어 지반조성시 투수층이 쉽게 파손·붕괴되어 효과적으로 활용할 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제들을 해소할 수 있도록 된 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법을 제공하려는 것이다.
본 발명은 바인더를 제조함에 있어서, 고분자 특유의 점착성을 이용하여 적용성을 확대할 수 있도록 한 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 바인더에는 유기성재료를 사용하고, 고화보조제로는 무기성재료를 사용한 고분자화합물을 이용함으로 고형화를 촉진하며, 용이하게 오염물질을 고형화할 수 있는 수용성 바인더 및 그 제조방법을 제공하려는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 중금속 등의 오염물질을 함유하는 플라이 애쉬(Ash) 및 슬러지 등을 안정화/고형화시킬 때 최종적으로 고체상의 매트릭스로 고정시키거나 일정한 피막을 형성하게 함으로써 외부로 중금속의 용출을 억제 또는 차단시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도와 내구성까지 강화시킬 수 있도록 된 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법을 제공하려는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 고분자화합물 뿐만 아니라 폐기도료(자동차등 외장재 도장 후 열처리시 발생되는 폐기물) 또는 폐스치로폴등을 바인더로 활용할 수 있도록 하고, 바인더를 액상화함으로 다양한 물질을 용이하게 안정화/고형화 시킬 수 있는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은,
바인더에 있어서,
유기성물질을 용매로 용해·교반한 후 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반시킨 주제(A)와,
유기성 경화제를 용매에 첨가하여 혼합한 후, 통상의 이형제, 유화제를 첨가하여 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반시킨 경화제(B)로 구성됨을 특징으로 하는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더에 의해 달성된다.
본 발명의 또 다른 상기 목적은,
바인더의 제조방법에 있어서,
유기성물질을 용매로 합성·교반하여 주제의 1차 습득물을 얻는 공정과,
주제의 1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반하여 주제(A)를 제조하는 공정과,
유기성경화제를 용매에 첨가하여 혼합한 후, 통상의 이형제, 유화제를 첨가하여 경화제의 1차 습득물을 얻는 공정과.
경화제의 1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 경화제(B)를 제조하는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조방법에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명에 따른 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조공정을 보인 예시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10. 1차 교반기20. 2차 교반기
본 발명의 상기 및 기타 목적과 특징은 다음의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더는 유기성바인더의 중금속등 유해물질을 차단하는 장점과 무기성바인더의 취급에 용이한 장점을 이용한 것이 주지적인 특징이고, 고분자화합물을 액상화하여 바인더로 활용함으로 취급과 안정화/고형화 할 목적물을 용이하게 적용할 수 있도록 하는 것이 또 다른 특징이다.
본 발명에 따른 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조공정은,
열가소성수지, 열경화성수지, 골탄, 파라핀등 유기성물질을 신나, 락카, 메틸렌클로라이드, 톨루엔 등의 용매로 용해·교반하여 주제의 1차 습득물을 얻는 공정과,
주제의 1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반하여 주제(A)를 제조하는 공정과,
우레탄 경화제, 에폭시 경화제, 골탄을 신나, 락카, 메틸렌클로라이드, 톨루엔 등의 용매를 첨가하여 혼합한 후, 통상의 이형제, 유화제를 첨가하여 경화제의 1차 습득물을 얻는 공정과,
경화제의 1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 경화제(B)를 제조하는 공정으로 이루어진다.
본 발명은 상기 주제와 경화제 2액형으로 이루어진 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더뿐만 아니라 1액형으로 된 바인더로도 생산이 가능하다.
첨부도면 도 1은 본 발명의 2액형으로 된 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조공정을 보인 예시도로서, 2액형으로 이루어진 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조공정은 1차 교반기(10)과 2차 교반기(20)으로 구성되어지고, 1액형으로 된 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조는 상기 2차교반기(20)만으로도 제조가 가능하다.
본 발명에 따른 1액형으로 된 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조공정은,
유기성 고분자물질을 신나, 락카, 메틸렌클로라이드, 톨루엔 등의 용매로 용해·교반하여 1차 습득물을 얻는 공정과,
1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 라텍스, 포리졸, 오공본드, 수성페인트, 벤토나이트, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 응집제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반하여 1액형의 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더를 얻을 수 있다.
상기 열가소성 수지로는 염화비닐수지, 염화초산비닐수지, 초산비닐수지, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 염화비닐리덴 수지, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, ABS수지, 폴리에스테르, SAN수지(AS수지), 메타크릴산메틸수지, 열가소성 우레탄, 폴리아미드 등과, 셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스, 아세틸부틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스등이 등과, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리카보네이트, 플루오르수지, 규소수지, 폴리페닐옥시드, 다중황화계 합성고부, 노릴수지, 에틸렌 초산비닐 혼성중합수지등을 들 수 있으며, 바인더의 용도에 따라 선택적으로 첨가한다.
또한 열경화성 수지로는 페놀, 우레아, 멜라민, 크실렌, 푸란, 디알릴프레이트 수지와 폴리에스테르, 에폭시, 알키드, 아닐린, 폴리우레탄, 폴리아미드등을 들 수 있으며, 바인더의 용도에 따라 선택적으로 첨가한다.
본 발명의 주요물질들과 작용은 다음과 같다.
스테아린산(CH₃(CH₂)16COOH)은 파라핀과 더불어 안정화/고형화시에 방수 및 포집작용을 하면서 비누화 및 에스테르화 반응을 향상시키는 작용을 한다.
폴리비닐알콜(PVA)은 수산기(-OH)의 비율에 따라 본 발명의 수용화에 따른 비누화를 향상시킨다. 폴리비닐알콜은 상온에서는 탈수반응이 일어나지 않지만, 온도가 높아져서 200℃ 이상에서는 착색해서 탈수반응이 일어나 폴리비닐에테르가 생기므로 유기성 고분자 물지들이 혼합합성시 100℃이하로 합성하여야 비누화가 향상되고, 200℃이상이 되면 오히려 물이나 용제에 용해되기 어렵게 된다. 또한 폴리비닐알콜은 비중이 1.21∼1.31이며 무색의 분말로 물에 잘 녹는 성질을 가지고 있고, 초산비닐이 제거된 정도(비누화도)에 따라서 성질이 다르다. 비누화도가 93%이상인것은 차가운 물에는 녹지 않지만 열을 가하면 용해하고, 비누화도가 60∼80%에서는 물에 용해되며, 비누화도가 현저히 낮은 경우에는 유기용제에 용해할 수 있게 된다.
셀룰로오스(Cellulose)는 고화성질에 따라 셀룰로오스에 속한 재료를 선택하여 첨가시킴으로써 고분자 물질을 합성시킬 때에 사슬모양의 고분자가 생성되도록 축합중합을 하는 역할을 하게 된다.
파라핀(Paraffin)은 본 발명의 주원료로 사용되는 것으로서, 코팅적 성질과 방수적성질이 있으나, 파라핀의 고형(성상) 및 유기성의 특성으로 인하여 그 활용범위가 한정되고 있다. 특히, 본 발명에서는 탄소수 19개 이상의 고형파라핀을 에멀전화하여 액상의 파라핀으로 사용하는데, 파라핀을 첨가함으로 포집효과를 높일 수 있으며, 파라핀 속에 함유된 납성분 또한 기준치이하로 급격히 안정화 시킨다. 또한 고가의 파라핀을 액상화하여 물과 혼합하여 사용함으로써 재료비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 안정화/고형화의 목적물과 용이하게 혼합할 수 있게 된다.
본 발명에서 파라핀을 수용화하는 개념은 아래와 같다.
탄소화합물인 고형 파라핀은 사슬모양(지방족)의 탄화수소로 물에 잘 녹지 않는 성질을 가지고 있는데, 이러한 고형파라핀에 첨가제를 혼합하여 가열→유화→에스테르화함으로써 OH-에 의하여 물에 잘 녹게 된다.
산화제 (카르복실산 R-COOH)
↓ 첨가
탄화수소유도체→알코올(ROH)→에스테르화 RCOOR(또는 비누화)
그림 2. 고분자물질과 파라핀의 합성화합물 수용성화 기본 원리 개념도
파라핀은 주로 할로겐화 알킬, 환원제, 지방산, 금속첨가제, 고급알콜, 알칼리성 물질과 혼합하여 비누화 및 에스테르화 된 수용성 포화탄화수소 화합물으로 반응조건에 따라서는 할로겐, 발열황산, 질산, 산화제 등에 작용하여 유도체를 만들기도 하며, 상기와 같은 할로겐화 알킬과 환원제, 지방산, 금속첨가제, 고급알콜, 알칼리성물질과 혼합성질에 따라 수용성 파라핀의 성질을 액체, 반고체, 고체로 변화시켜줄 수 있으며 또한 시멘트, 석회, 석고, 벤토나이트 등 기타첨가제를 혼합시킴으로 파라핀의 고형화되는 효과를 극대화시킬 수 있다. 특히 파라핀은 통상의 보조고화제인 시멘트, 석고, 석회와의 결합으로 인해 흡수발열반응을 촉진시키며 수용성 파라핀이 생성될 때 알카리의 금속제 즉 Na, K등의 1가 이온과 석회의 Ca²의 2가 이온과의 교환으로 인한 입자의 응집과 파라핀 특유의 코팅되는 포집효과를 얻는다. (포집작용은 단일구조로 되어 있는 물질을 파라핀으로 포위시켜 에멀션화한 후 다시 경화시켜 단일구조로 형성함으로써 잘 깨지기 어려운 결합이 되게 하는 것이다.)
이와 같은 탄화수소의 성질을 응용하여 얻어진 고분자성 수용성 물질은 동종 또는 이종 분자간에 접착 및 수소결합을 도와주는 역할을 하며 특히, 흡수성이 강한 물질과 흡수되는 성질을 이용하여 표면적을 넓혀주고 고화작용을 촉진하는 촉매작용과 함께 고분자 합성물질 중의 에폭시 및 우레탄 경화제를 통해 경화촉진된다.
본 발명에서 첨가하는 고분자물질 중 에폭시, 우레탄, 파라핀, 골탄은 시멘트 및 보조고화제와 더불어 광물입자 주변에 부착되어 있는 RCOOH 및 ROH와 이온교환 작용이 진행되어 Ca2+이온과 토립자의 반응을 방해하는 RCOOH 및 ROH를 토립자 주변에서 제거시킴으로써 Ca2+이온이 토립자와 직접 반응하게 한다. 이러한 이온교환 작용에 의하여 안정적으로 경화작용을 하게되며 접착력과 입자밀도를 증가시켜 입자간의 화학결합력을 최대화한다.
즉, 본 발명은 통상의 보조재료인 생석회, 시멘트, 석고, 알루미네이트, 기타첨가제와 함께 사용하여 흡수발열반응, 이온교환반응, 포졸란반응, 탄산화 반응을 향상시킬 수 있다.
종래에는 폐기물의 고화를 고화제 또는 바인더에 따라 약간씩의 차이를 보이는데 일반적으로 무기성 고화제 및 바인더가 사용된다. 석회계 고화제 사용시에는 흡수발열반응, 이온교환반응, 포졸란반응 및 탄산화반응 등이 주로 관여하고 수화반응도 일부 작용한다.
본 발명에서는 종래의 무기성고화를 응용하면서 유기성 고화제를 무기성 고화제로 변화시켜 사용하고 있다.
즉, 유기성 원료인 고분자 물질(폴리스칠렌·에폭시· 우레탄등의 플라스틱재료, 골탄, 고형 파라핀)은 사슬모양(지방족)의 탄화수소로 물에 녹지 않는 성질을 가지고 있는데, 이러한 고분자 물질에 첨가제를 혼합·가열하고 유화제를 혼합하여 에스테르화 또는 비누화시킴으로써 수용성으로 포화시켜 에멀젼화하여 플라이애쉬, 벤토나이트, 석회, 석고 등의 보조고화제와 혼합하여 기존의 무기성 고화제(시멘트/석회 류)의 효과와 더불어 물리적인 피막을 형성하여 조직이 치밀해지고 고결되면서 중금속 용출억제 및 역학적 성질이 개량되게 된다.
고분자물질을 이용한 폐기물의 고화 과정은 아래 그림과 같은 화학반응과정을 거쳐 보조고화제와 더불어 그 효과를 향상시킨다.
그림 2. 고분자물질바인더 와 보조고화제와의 이용한 고화반응의 기본원리
또한, 유기성 고분자물질과 더불어 스타린산, 아크릴계, 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 폴리비닐알콜(PVA) 및 기타화합물을 혼합함으로 방수성 및 탄력성이 우수하게 되며, 보조고화제의 성질을 향상시키고, 장시간 경과후에도 계속적인 경화가 일어나기 때문에 장기적인 노화방지를 할 수 있어 처리토의 내구성이 증가하게 됨으로서 다방면에 그 사용용도에 따라 최대의 효과적인 바인더를 제공한다.
즉, 다용도 고분자 수용성 바인더 물질을 습득하는 것이 본원의 주목적이다.본원의 고형화 원리는 그림 3와 같이 요약할 수 있다.
그림 3. 무기성과 유기성 고형화
본 발명에 따른 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더는 다음의 실시예에 의해 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이며, 다음의 실시예에 의해 본 발명의 청구범위가 한정되지 않음을 밝혀둔다.
·실시예 1
에폭시 주제 6Kg을 락카신나 6ℓ에 투입 후 교반하여 액화시킴으로 주제 1차습득물을 얻었다. 상기 주제 1차 습득물에 유화제 디옥틸프탈레이트(DOP) 50g, 이형제로 파라핀왁스 50g과 실리콘 50g을 첨가하였다. 상기 물질에 물 20ℓ를 첨가하고, 열을 가하면서 교반하여 주었다. 온도가 60℃가 될 때, 규산소오다 200g, 폴리비닐알콜 20g, 파라핀 120g, 스타린산 50g, 오공본드 200g, 유화제(X-500)를 50g, 고분자 응집제 50g, 향료 10g, 안료 10g을 넣고 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더의 주제를 습득하였다.
에폭시 경화제 2Kg을 락카신나 6ℓ에 투입 후 교반하여 액화시킴으로 경화제 1차습득물을 얻었다. 상기 경화제 1차습득물에 유화제 디옥틸프탈레이트(DOP) 50g, 이형제로 파라핀왁스 50g과 실리콘 50g을 첨가하였다. 상기 물질에 물 20ℓ를 첨가하고, 열을 가하면서 교반하여 주었다. 온도가 60℃가 될 때, 규산소오다 200g, 폴리비닐알콜 20g, 파라핀 120g, 스타린산 50g, 오공본드 200g, 유화제(X-500)를 50g, 고분자 응집제 50g, 향료 10g, 안료 10g을 넣고 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더의 경화제를 습득하였다.
·실시예 2
우레탄 주제 6Kg, 골탄 3kg, 폐스티로폴 1kg을 락카신나 16ℓ에 투입 후 교반하여 액화시킴으로 주제 1차 습득물을 얻었다. 상기 주제 1차 습득물에 유화제 디옥틸프탈레이트(DOP) 50g, 이형제로 파라핀왁스 50g과 실리콘 50g을 첨가하였다. 상기 물질에 물 20ℓ를 첨가하고, 열을 가하면서 교반하여 주었다. 온도가 60℃가 될 때, 멜라민 500g, 폴리비닐알콜 10kg, 염화비닐혼성중합수지(EVA:국제상사) 10kg, 유화제(X-500)을 50g, 고분자 응집제 50g, 라텍스 2ℓ를 넣고 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더의 주제를 습득하였다.
우레탄 경화제(MDI) 6Kg, 골탄 3kg, 폐스티로폴 1kg을 락카신나 16ℓ에 투입 후 교반하여 액화시킴으로 주제 1차 습득물을 얻었다. 상기 주제 1차 습득물에 유화제 디옥틸프탈레이트(DOP) 50g, 이형제로 파라핀왁스 50g과 실리콘 50g을 첨가하였다. 상기 물질에 물 20ℓ를 첨가하고, 열을 가하면서 교반하여 주었다. 온도가 60℃가 될 때, 규산소오다 200g, 폴리비닐알콜 20g, 파라핀 120g, 스타린산 50g, 오공본드 200g, 유화제(X-500)를 50g, 고분자 응집제 50g을 넣고 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더의 경화제를 습득하였다.
·실시예 3
폴리스틸렌모노머 2kg, FRP 2kg을 락카신나 16ℓ에 투입 후 교반하여 액화시킴으로 1차 습득물을 얻었다. 상기 1차 습득물에 유화제 디옥틸프탈레이트(DOP) 50g, 이형제로 파라핀왁스 50g과 실리콘 50g을 첨가하였다. 상기 물질에 물 20ℓ를 첨가하고, 열을 가하면서 교반하여 주었다. 온도가 60℃가 될 때, 규산소오다 200g, 폴리비닐알콜 20g, 파라핀 120g, 스타린산 50g, 오공본드 200g, 유화제(X-500)를 50g, 고분자 응집제 50g, 안료(산화지당) 20g을 넣고 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더를 습득하였다.
·실시예 4
골탄 3Kg, 폐스티로폴 1kg을 락카신나 15ℓ와 메틸알콜 1ℓ에 투입 후 교반하여 액화시킴으로 1차 습득물을 얻었다. 상기 1차 습득물에 유화제 디옥틸프탈레이트(DOP) 50g, 이형제로 파라핀왁스 50g과 실리콘 50g을 첨가하였다. 상기 물질에 물 20ℓ를 첨가하고, 열을 가하면서 교반하여 주었다. 온도가 60℃가 될 때, 멜라민 500g, 폴리비닐알콜 500g, 파라핀 1500g, 스타린산 2kg, 포리졸 10kg, 염화비닐혼성중합수지(EVA:국제상사) 10kg, 유화제(X-500)을 50g, 고분자 응집제 50g, 라텍스 2ℓ를 넣고 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더를 습득하였다.
·실시예 5
아크릴바인더 10ℓ, 규산소오다 1kg를 물 30ℓ에 투입한 후 교반하여 액화시킴으로 1차 습득물을 얻었다. 상기 1차 습득물에 폴리비닐알콜(PVA) 500g, 파라핀 1500g, 스타린산 2kg, 포리졸 10kg, 염화비닐혼성중합수지(EVA:국제상사) 10kg, 유화제(X-500)을 100g, 알긴산 50g, 요소 3ℓ, 라텍스 5ℓ, 향료 20g을 첨가한 후, 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가한 후 물 100ℓ를 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더를 습득하였다.
·실시예 6
수용성페인트 10ℓ, 니켈 500g, 유산동 100g, 염화칼슘 400g을 물 30ℓ에 투입한 후 교반하여 액화시킴으로 1차 습득물을 얻었다. 상기 1차 습득물에 폴리비닐알콜(PVA) 500g, 파라핀 1500g, 스타린산 2kg, 포리졸 10kg, 염화비닐혼성중합수지(EVA:국제상사) 10kg, 유화제(X-500)을 100g, 알긴산 50g, 요소 3ℓ, 라텍스 5ℓ, 향료 20g을 첨가한 후, 80~90℃될 때, 수산화칼륨(KOH) 5g을 첨가한 후 물 100ℓ를 첨가하여 고분자 화합물을 이용한 수용성 바인더를 습득하였다.
상기 바인더를 이용한 지반조성에 따른 배합비의 실시예는 다음과 같다.
지반안정층용으로 현장 발생토 1㎥ + 시멘트 51~85kg + 생석회 25~56kg + 실시예 1에 의한 바인더 20~85ℓ + 물 (필요에 따라 첨가)
지반치환층용으로 현장발생토 1m3+ 시멘트 34~85kg + 생석회 25~34kg + 실시예 2에 의한 바인더 17~51ℓ + 물 (필요시에 따라 첨가)
사면안정층용으로 현장발생토 1㎥ + 시멘트 51~85kg + 생석회 25~56kg + 실시예 3에 의한 바인더 20~85ℓ + 물 (필요에 따라 첨가)
본 발명에 따른 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 강도, 투수, 내구 특성은 다음과 같다.
<본 발명에 따른 바인더의 강도특성>
본 발명의 고분자 물질이 화강토 및 점토의 강도특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 실시예로 액체형인 고분자 물질 A과 분말형(보조고화제를 혼합한 고분자 물질)인 C를 혼합한 화강토 및 점토의 양생일에 따른 강도변화특성을 파악하였다.
그림 4 본 발명의 바인더 종류별 강도특성(화강토)
그림 5 본 발명의 바인더 종류별 강도특성(점토)
실험결과 그림 4∼5에 제시한 바와 같이 본 발명이 혼합됨에 따라 강도가 증가하는 것을 알 수 있다. 원시료인 화강토 및 점토의 일축압축강도는 각각 3.52∼5.69kg/cm2, 1.84∼4.36kg/cm2로 본 발명을 혼합한 경우 28일 강도가 각각 46.95kg/cm2, 36.69kg/cm2로 대략 8배정도의 강도 증가율을 나타냈으며 액체형인 바인더 A형이 분말형인 바인더 C형보다 약간 높은 압축강도를 나타내었다.
<본 발명의 배합비별 강도특성>
본 발명의 배합비에 따른 강도특성을 알아보기 위하여 액체형인 A형의 배합비를 0, 10, 15, 20%로 변화시켜 강도실험을 실시하였다.
그림 6. 배합비별 강도특성(화강토)
그림 7. 배합비별 강도특성(점토)
실험결과 그림 6 ∼ 7 에 제시한 바와 같이 본원의 고분자 물질의 배합비가 증가할수록 강도가 증가하였다. 원시료와 비교하여 화강토는 40kg/cm2, 점토는 30kg/cm2의 강도증가를 보여주었다. 이는 고화제 중의 CaO에 의한 강도증진효과에 더불어 고분자물질 자체의 경화성질로 인하여 화강토 및 점토의 강도가 증가된 것으로 판단된다.
<양생일에 따른 강도특성 실시예>
양생일에 따른 강도특성을 알아보기 위하여 본 발명으로 고화된 화강토 및 점토의 양생일(1, 7, 14, 28일)에 따른 강도특성을 살펴보았다.
그림 8. 양생일별 강도특성(화강토)
그림 9. 양생일별 강도특성(점토)
실험결과 그림 8 ∼ 9에 제시한 바와 같이 초기 7일까지는 양생일이 증가할수록 강도가 급격히 증가하다가 이후부터는 완만한 강도 증가를 나타내었다. 양생 7일에서 28일 강도의 90% 이상이 발현됨을 알 수 있다.
<투수특성의 실시예>
본 실험에서는 본 발명을 흙의 양생일 및 배합비에 따른 투수특성을 파악하였다.
- 다용도 고분자 물질의 종류에 따른 투수특성
바인더가 화강토 및 점토의 투수특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 액체형인 고분자물질A와 분말형인 고분자물질 C 20%를 혼합한 화강토 및 점토의 양생일에 따른 투수계수 변화특성을 파악하였다.
실험결과 그림 10∼11에 제시한 바와 같이 고분자물질이 혼합됨에 따라 투수계수가 감소하는 것을 알 수 있다. 원시료인 화강토 및 점토의 투수계수는 각각 6∼7×10-6cm/sec와 4∼5×10-7cm/sec로 고분자 물질을 혼합한 경우 28일 투수계수가 각각 5∼7×10-8cm/sec와 7∼9×10-9cm/sec로 감소함을 알 수 있다. 다용도 고분자물질의 종류별 양생 28일 투수특성을 살펴보면 화강토의 경우 A형 5.56×10-8cm/sec, C형 7.52×10-8cm/sec로 A형을 혼합한 경우의 투수계수가 더 낮았으며 점토의 경우에도 A형 7.57×10-9cm/sec, C형 9.67×10-9cm/sec로 A형을 혼합한 경우의 투수계수가 더 낮음을 알 수 있다.
그림 10. 다용도 고분자 물질의 종류별 투수특성(화강토)
그림11. 다용도 고분자 물질의 종류별 투수특성(점토)
-배합비에 따른 투수특성
배합비에 따른 투수특성을 알아보기 위하여 다용도 수용성 고분자 물질 바인더의 배합비를 0, 10, 15, 20%로 변화시켜 투수실험을 실시하였다.
실험결과 그림 12 ∼ 13 에 제시한 바와 같이 바인더의 배합비가 증가할수록 투수계수가 감소하였다. 이는 고분자물질중의 사슬구조의 경화성에 의한 반응생성물들이 시료 내의 간극을 채움으로써 고화체의 밀실화 및 파라핀의 경화에 의한 피막작용으로 인하여 화강토 및 점토의 투수계수가 감소된 것으로 판단된다.
그림 12. 배합비별 투수계수(화강토)
그림 13. 배합비별 투수계수(점토)
-양생일에 따른 투수특성
양생일에 따른 투수특성을 알아보기 위하여 양생일(1, 7, 14, 28일)에 따른 투수특성을 살펴보았다.
실험결과 그림 14 ∼ 15 에 제시한 바와 같이 양생일이 증가할수록 투수계수가 감소하였다. 초기 14일까지의 투수계수 감소량이 이후 28일까지의 감소량보다큼을 알 수 있으며 14일 이후부터는 완만한 투수계수 감소를 나타내었다.
그림 14. 양생일별 투수계수(화강토)
그림 15. 양생일별 투수계수(점토)
- 내구성 실험
본 발명의 다용도 고분자물질 수용성 바인더로 고화된 화강토 및 점토의 환경적 내구성을 분석하기 위하여 액체형인 고분자물질 A 를 혼합한 화강토 및 점토의 습윤-건조, 동결-융해에 따른 재료특성을 실시예를 통해 분석하였다.
습윤-건조에 대한 내구성
그림 16 은 습윤-건조 실험에서 각 사이클마다 강철브러쉬로 공시체를 긁은후의 중량비를 나타낸 것이다. 전반적으로 습윤-건조를 거치면서 공시체의 중량이 감소함을 알 수 있으며 화강토의 경우 큰 변화를 보이지 않으나 점토의 경우 불규칙한 변화를 보인다. 이는 각각의 사이클에 대하여 공시체 내의 함수비가 일정하지 않았기 때문으로 판단된다.
습윤-건조, 동결-융해의 내구성 실험에 대한 최대 허용 손실량은 화강토의 경우 14%, 점토의 경우 7∼10%로 규정하고 있는데(Portland Cement Association; PCA, 1978), 본 실험결과 화강토 2.52%, 점토 7.57%로 모두 규정을 만족함을 알 수 있다.
그림 16. 습윤-건조를 받은 시료의 잔류중량비
내구성 평가의 일환으로 습윤-건조를 입은 시료에 대한 일축압축강도 실험결과를 그림 17 에 제시하였다.
일축압축강도 실험결과 화강토의 경우 초기 18.73kg/cm2에서 18.18kg/cm2로, 점토의 경우 초기 17.58kg/cm2에서 15.61kg/cm2로 점토의 경우 약간의 강도감소를 보이나 큰 차이를 나타내지 않아 본원의 고분자물질로 고화된 화강토 및 점토는 습윤-건조에 의한 압축강도의 감소는 크지 않음을 알 수 있다.
그림 17. 습윤-건조를 받은 시료의 응력-변형곡선
전자주사현미경(SEM)분석 결과
그림 4.5.35는 점토의 SEM사진이다. (a)는 시료를 500배 확대한 사진으로 입자들이 약 50㎛정도의 크기를 가지며 대부분 괴상의 입자임을 알 수 있다. 가운데의 넓은 판상의 입자는 XRD실험결과로 볼 때 mica입자로 보여진다. (b)도 시료를 500배 확대한 사진으로 시료중에는 50㎛이하의 입자들로 많이 존재함을 알 수 있다.
그림 4.5.36은 시멘트를 혼합한 점토의 SEM사진이다. (a)(b)모두 500배 확대한 사진인데 그림 4.5.35의 점토와 별다른 차이점을 볼 수 없다.
그림 4.5.37는 고분자화합물을 이용한 바인더를 혼합한 점토의 SEM사진이다. (a)는 200배 확대한 사진으로 앞의 시료와 달리 약 200㎛정도의 구형 입자도 존재하며, 이 입자는 여러 입자들이 뭉친 응집체임을 알 수 있다. (b)는 시료를 500배로 확대한 것이다.
그림 4.5.35 점토의 SEM 결과
그림 4.5.36 시멘트만을 점토와 혼합한 것 SEM 결과
그림 4.5.37 고분자화합물을 이용한 바인더를 혼합한 점토의 SEM 결과
그림 4.5.38는 화강토의 SEM사진이다. (a)는 시료를 100배 확대한 사진으로 100㎛이상의 입자부터 수㎛의 입자까지 존재하며 입자의 모양이 불규칙함을 알 수 있다. XRD실험결과로부터 알 수 있듯이 시료 중에는 mica광물들이 존재하여 사진에서 판상의 얇은 입자들은 이들로 생각되어진다. (b)는 시료 중에서 입자들이 모여 응집체를 이루고 있는 것들을 확대한 사진으로 응집체가 구형이 아님을 알 수 있다.
그림 4.5.39은 시멘트를 혼합한 화강토의 SEM사진이다. (a)는 시료를 60배 확대한 사진으로 입자들이 약 0.5㎜이하의 크기를 가지고 있음을 알 수 있다. (b)도 시료를 250배 확대한 사진으로 괴상의 입자표면에 많은 미립자들이 붙어 있는 것을 볼 수 있으며, 다른 특징은 보이지 않는다.
그림 4.5.40은 고분자화합물을 이용한 바인더를 혼합한 화강토의 SEM사진이다. (a)는 시료를 300배 확대한 사진으로 괴상의 입자들 사이에 구형의 입자가 섞여 있는 것을 볼 수 있다. (b)는 시료를 200배 확대한 사진으로 약 200㎛이하의 입자들로 이루어져 있음을 알 수 있다.
그림 4.5.38 화강토의 SEM 결과
그림 4.5.39 시멘트를 혼합한 화강토의 SEM 결과
그림 4.5.40 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더를 혼합한 화강토의 SEM 결과
본 발명은 바인더를 제조함에 있어서, 고분자화합물을 이용함으로 중금속 등의 오염물질을 함유하는 플라이 애쉬(Ash) 및 슬러지 등을 안정화/고형화시킬 때 최종적으로 고체상의 매트릭스로 고정시키거나 일정한 피막을 형성하게 함으로써 외부로 중금속의 용출을 억제 또는 차단시킬 수 있을 뿐만 아니라 강도와 내구성까지도 강화시킬 수 있다.
또한 본 발명은 바인더에 유기성재료를 사용하고, 고화보조제로는 무기성재료를 사용한 고분자화합물을 이용함으로써 고형화를 촉진할 수 있고, 용이하게 오염물질을 고형화할 수 있으며, 고분자화합물 뿐만 아니라 폐기도료(자동차등 외장재 도장 후 열처리시 발생되는 폐기물) 또는 폐스치로폴등을 바인더로 활용할 수 있다.
또한 본 발명은 바인더를 액상화함으로 다양한 물질을 용이하게 안정화/고형화 시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 바인더에 있어서,
    유기성물질을 용매로 용해·교반한 후 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반시킨 주제(A)와,
    유기성 경화제를 용매에 첨가하여 혼합한 후, 통상의 이형제, 유화제를 첨가하여 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반시킨 경화제(B)로 구성됨을 특징으로 하는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더.
  2. 유기성 고분자물질을 용매와 교반한 후, 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 골탄(피치)폴리머, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반하여서 된고분자화합물을 이용한 수용성 바인더.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 유기성물질로는 열가소성수지, 열경화성수지, 골탄, 파라핀 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합하는 것을 사용함을 특징으로 하는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 용매로는 신나, 락카, 메틸렌클로라이드, 톨루엔 중 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 것을 사용함을 특징으로 하는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더.
  5. 바인더의 제조방법에 있어서,
    유기성물질을 용매로 합성·교반하여 주제의 1차 습득물을 얻는 공정과,
    주제의 1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 수성페인트, 유산동, 니켈, 염화칼슘, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반하여 주제(A)를 제조하는 공정과,
    유기성경화제를 용매에 첨가하여 혼합한 후, 통상의 이형제, 유화제를 첨가하여 경화제의 1차 습득물을 얻는 공정과.
    경화제의 1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산,라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 경화제(B)를 제조하는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조방법.
  6. 유기성 고분자물질을 신나, 락카, 메틸렌클로라이드, 톨루엔 등의 용매로 용해·교반하여 1차 습득물을 얻는 공정과, 1차 습득물에 파라핀, 폴리비닐알콜(PVA), 알긴산, CMC, 스타린산, 라텍스, 규산소오다, 아크릴수지, 염화비닐혼성중합수지(EVA), 실리콘, 석탄산, 멜라민, 요소, 물을 넣고 열을 가해 교반하면서 80~90℃일 때, 유화제, 수산화 칼륨, 수산화나트륨을 첨가하여 교반하여 바인더를 얻는 공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 고분자화합물을 이용한 수용성 바인더의 제조방법.
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