KR20030041831A - 석탄 및 분체 파일의 표면층을 형성하는 수지 조성물 및그 도포 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비닐아세테이트계 고분자 수지를 이용하여 표면층이 형성되도록 한 것으로, 계면활성제와 소포제를 이용하여 침투층을 형성시키고, 침투층의 보호를 위하여 무기물질과 고분자의 이중층을 형성시킴으로써 석탄 파일의 보호 및 제반 환경문제를 해결하는 방법을 제공한다.

Description

석탄 및 분체 파일의 표면층을 형성하는 수지 조성물 및 그 도포 방법{POLYMERIC COMPOSITION FOR FORMING PROTECTIVE SURFACE LAYERS OF COAL AND OTHER DUSTY PILES AND COATING METHOD THEREOF}

본 발명은 석탄파일과 같은 분체로부터 야기되는 제반 환경 문제를 해결할수 있는 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 조성물과 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액 조성물, 및 이들을 이용한 분체의 비산 및 유실 방지용 복포 시공 방법에 관한 것이다.

종래의 각 제철소, 비료공장, 저탄장, 절개지 등에서는 발생하는 분체들은 비산되어 먼지를 발생시키고, 일부는 우천 등으로 유실되는 문제가 있다. 이와 같은 분체 파일들의 먼지 비산 문제와 유실 문제를 해결하기 위하여 종래에는 살수차를 이용한 살수방식과 표면에 비닐이나 그물막 등으로 먼지 비산과 유실을 막는 각종 설비대책을 사용해 오고 있다.

상기 설비대책 중 살수 방식의 물만 뿌려주는 방법은 여러 번의 살포와 많은 인력이 필요로 할 뿐 아니라 수분의 증발이 빠르고 접착성이 없기 때문에 강한 일사와 강풍하에서는 탄가루의 비산을 방지할 수 없을 뿐만 아니라, 석탄의 수분함량을 상승시키는 결점이 있으며, 석탄의 야적시 장마, 태풍기의 강우에는 대량의 석탄이 유실되어 그 영향이 수개월까지 미치게 되는 것이 일반적이다. 또한 저탄장의 경우 석탄 파일의 수분 함량이 증가하게 되어 제품의 질을 저하시키는 요인을 발생시킨다.

이에 대한 다른 설비대책으로 예를 들면, 한국공개특허공보 제1999-0042928호는 비수용성 수지 도포시의 문제점을 수용성수지로 대체함으로써 문제점을 상당히 해결한 바가 있다. 그러나 수용성수지를 사용한 도포공법은 일반적인 수지의 침투성이 불충분하거나 적합한 강도 발현이 만족스럽지 못하고 동절기시 온도변화에 의한 표면층의 크랙이나 충격시 충분한 강도를 나타내지 못하는 사례가 빈번하며, 이러한 표면 피막방식은 우천시 지표면에서 올라오는 수분을 증발시키는 것을 방해하므로 제품의 질뿐 아니라 피막의 노화를 야기하여 많은 경제적 손실을 야기하고 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 고려하여, 산업시설에 산재해 있는 분체 및 석탄 파일 등에 표면층 및 이를 보호하는 이중층을 시공함으로써 먼지 비산방지는 물론 침출 및 안전사고 등의 제반 환경적인 문제를 동시에 해결할 수 있는 새로운 복포 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 석탄 및 분체파일에 침투성을 고려한 일차 표면층을 형성시킬 수 있는 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 충분한 강도를 발휘할 수 있도록 고분자와 무기물질의 조성물로서 이차 복포를 시공함으로써 석탄 및 분체파일에 완벽한 복포층을 제공할 수 있는 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액 조성물을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 표면층 형성시 고분자가 침투하는 것을 나타낸 개념도이다.

도 2는 본 발명의 고분자 조성물이 더욱 깊이 침투하여 종래의 표면층 보다 두터운 표면 침투층을 형성하는 개념도이다.

도 3은 표면 침투층을 보호하는 무기물과 고분자로 이루어진 표면 보호층의 이중층을 나타낸 개념도이다.

도 4는 도 3의 표면 보호층을 확대하여 친수성의 상호인력을 통하여 강도를 증가시키는 개념도이다.

도면 부호 1은 석탄 파일층이고, 2는 고분자 수지이고, 3은 고분자 수지에 계면활성제 및 소포제가 첨가된 고분자 수지 수용액이며, 4는 고분자 수지 수용액에 무기물이 첨가된 수용액이 고화된 표면 보호층이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 조성물에 있어서,

a) 비닐 아세테이트 고분자를 포함하는 에멀젼 수지 1 내지 60 중량부; 및

b) 비이온성 계면활성제 0.1 내지 10 중량부

을 포함하는 조성물을 제공한다.

또한 상기 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 조성물은 c) 실리콘계 소포제 최대 5 중량부를 추가로 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액 조성물에 있어서,

a) 비닐 아세테이트 고분자를 포함하는 에멀젼 수지 1 내지 60 중량부;

b) 비이온성 계면활성제 0.1 내지 10 중량부; 및

c) 상기 a), 및 b)의 성분의 합 1 내지 95 중량부에 대하여 소듐, 칼슘, 보론으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 양이온과 실리케이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 음이온을 포함하는 무기 물질 5 내지 99 중량부

를 포함하는 조성물을 제공한다.

또한 상기 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액 조성물은 d) 실리콘계 소포제 최대 5 중량부를 추가로 포함할 수 있다.

또한 상기 상기 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액 조성물은 e) 석회석, 석고, 생석회, 및 산화규소로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 무기 충전재를 최대 30 중량부 추가로 포함할 수 있다.

또한 본 발명은 분체의 비산 및 유실 방지용 복포 시공 방법에 있어서,

a) 상기 복포용 침투성 수용액 조성물을 분체 또는 석탄 파일 위에 도포하여 표면 침투층을 형성시키는 단계; 및

b)상기 a)단계의 침투층이 형성된 분체 또는 석탄 파일 위에 상기 피막용 수용액 조성물을 복도포하여 표면 보호층을 형성시키는 단계

를 포함하는 분체의 비산 및 유실 방지용 복포 시공 방법을 제공한다.

이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 계면활성제와 비닐아세테이트계 고분자의 조성물로 일차 표면 침투층을 형성하고, 무기물질과 상기 고분자 조성물로 이차 표면 보호층을 형성함으로써, 석탄 및 분체 파일로부터 야기되는 제반 환경 문제를 해결하는 이중 도포방법을 제공하는 것이다.

구체적으로는 유효성분으로 석탄 등의 분체와 상용성이 우수한 비닐기를 주재로 하는 고분자 에멀젼 수지, 비이온계 계면활성제, 및 필요시 소포제를 포함하는 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액을 석탄 파일 등의 분체 파일 위에 도포하여 일차 표면 침투층을 형성시키고, 그 위에 고분자 에멀젼 수지, 비이온계 계면활성제, 다양한 물성을 제공할 수 있는 소듐, 칼슘, 보론 등의 양이온과 실리케이트 및 알루미네이트 등의 음이온의 화합물과 같은 무기물, 및 필요시 소포제를 포함하는 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액을 도포하여 표면 보호층을 형성시킨다. 이때의 도포 방법은 각각 분무 형태가 바람직하다.

본 발명의 분체의 비산 및 유실 방지용 복포 시공 방법은 석탄 파일 등과 분체를 저장한 곳에 먼저 희석한 고분자 수지 조성물을 일차적으로 살포하여 고분자 수지가 석탄 파일에 깊숙하게 침투하게 한 후, 그 위에 고분자 수지와 무기물의 혼합물을 살포하여 표면 상부에 강도를 증가시키는 2 회 도포를 한다. 이는 고분자 수지를 단독으로 사용할 경우 침투 깊이는 깊지만, 입자 사이의 공극에 의해서 강도들 충분히 부여하기 어렵기 때문에, 추가로 상부 도포시에 소듐, 칼슘, 보론 등의 양이온과 실리케이트 및 알루미네이트 등의 음이온의 화합물과 같은 무기물을 함께 사용하는 것이다.

이하에서는 1차 표면층의 형성에 대하여 설명한다.

1차 표면층 형성은 비닐아세테이트계 에멀젼 수지와 계면활성제 그리고 소포제를 주성분으로 사용한다. 본 발명에서 사용된 비닐계 수지는 비닐아세테이트와 아크릴이 적절히 결합된 공중합체이거나 또는, 비닐아세테이트만으로 이루어진 고분자이다. 아크릴 고분자가 함유되면 피막 강도가 증가하며, 아크릴의 함량은 0∼50 중량%가 가능하고, 바람직하게는 15∼35 중량%의 공중합체가 적절한 효과를 나타낸다. 이러한 비닐아세테이트계 수지는 수용액 내에서 1 내지 60 중량부가 바람직하다. 1 중량부 미만이면 피막을 형성하기가 어려우면, 60 중량부를 초과하면 사용량만큼의 피막 강도를 얻기가 어렵다.

비이온성 계면활성제는 에틸렌옥사이드(E.O)의 몰수가 3 내지 15 인 알킬에틸렌옥사이드계통의 올리고머가 바람직하며, 적합하였고, HLB로볼 때 3∼18정도가 가능하였고, 바람직하게는 8∼15정도가 적절한 효과를 나타내었다. 따라서 비이온성 계면활성제의 사용량이 0.1 미만이면 깊은 침투효과를 나타내지 못하고, 10 중량부를 초과하여 사용하면 사용량 만큼의 침투효과를 나타내지 않게 되며, 수용액 제조시 거품도 많이 발생하게 된다.

필요시 부가되는 소포제는 일반적인 실리콘 소포제가 사용가능하고, 현장적용시 거품의 억포가 주목적이므로 다양한 소포제의 선택이 가능하다. 특히 상기 계면활성제로 인한 거품 발생을 억포 및 소포시킴으로써 작업을 용이하게 하고, 복포 후 거품에 의한 표면층의 강도 약화를 미연에 방지하는 이중의 효과를 나타낸다. 바람직한 사용량은 최대 5 중량부이다. 5 중량부를 초과하면 도막강도가 저하되어 바람직하지 않게 된다.

본 발명의 1차 표면층 형성의 기전은 도 2와 같이 파일의 표면층 형성시에 초기의 묽은 농도로서 최대한 깊이 침투시켜 파일 자체의 물질과 고분자수지가 충분히 서로 혼재된 상태에서 계면간에 접착을 통하여 표면층의 강도를 나타내게 하는 것이다. 이때 비이온성 계면활성제는 점차 고농도의 수지가 파일을 침투할 때 고분자 수지 수용액의 표면장력을 감소시키게 되므로 보다 깊은 침투효과를 가져오게 된다.

따라서 본 발명의 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 조성물은 석탄 파일 등의 분체 파일에 두꺼운 표면 침투층을 형성할 수 있다. 이때의 표면 침투층을 형성하는 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액의 도포량은 0.1 내지 1 kg/㎡ 이 바람직하며, 0.1 kg/㎡ 미만이면 표면 침투층을 형성하기가 어려우며, 1 kg/㎡를 초과하여 도포하면 과량 사용으로 경제적이지 못하다.

이하에서는 2차 표면 보호층의 형성에 대하여 설명한다.

2차 표면 보호층의 주재는 상기 침투성 수용액 조성물과 무기물질이다. 무기물질은 비닐아세테이트 고분자 수지 간의 물리화학적 결합을 증진시키는 것이면 어느 것이나 가능하다. 그 예는 소듐, 칼슘, 보론 등의 양이온과 실리케이트 및 알루미네이트 등의 음이온의 화합물로, 소듐실리케이트, 칼슘알루미네이트, 칼슘알루미노실리케이트,알루미나실리케이트, 알루미늄설페이트, 소듐설페이트, 포졸란물질 등이 적절한 효과를 나타낸다. 이 무기물질은 상기 a) 비닐 아세테이트 고분자를 포함하는 에멀젼 수지 1 내지 60 중량부; 및 b) 비이온성 계면활성제 0.1 내지 10 중량부를 포함하는 침투액 수용액 조성물의 a), 및 b)의 성분의 합 1 내지 95 중량부에 대하여 소듐, 칼슘, 보론으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 양이온과 실리케이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 음이온을 포함하는 무기 물질 5 내지 99 중량부의 중량비로 혼합한 것이다. 이때 무기 물질의 사용량이 5 중량부 미만이거나 99 중량부를 초과하게 되면 수지와의 결합력이 매우 낮아진다.

또한 여기에 석회석이나 돌로마이트, 석고, 분말석회, 탄산칼슘, 보크사이트, 산화규소 등의 무기 충전재를 첨가하여도 무방하다. 첨가량은 상기 a), 및 b)의 성분의 합 1 내지 95 중량부에 대하여 30 중량부 이하가 바람직하다.

또한 필요시 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 조성물과 같이 소포제가 부가된다. 사용량은 전체 조성물 내에서 5 중량부 이하가 바람직하다.

2 차 표면 보호층의 기전은 비닐아세테이트 고분자 수지와 무기물 사이의 친수성 결합에 의해 이루어지며, 그 결합이 증가되는 것은 도 4를 참고하면 더욱 쉽게 이해될 것이다. 도 4는 분체 또는 석탄 파일 등에 고분자 수지와 무기물을 사용하여 도포할 때의 도포 메카니즘을 나타낸 것이다. 도 1, 및 도 2와 같이 고분자 수지로만 도포할 경우 입자와 입자 사이의 공극을 충분히 고분자 수지로 채울 수 없어 강도면에서 저하의 원인이 되지만, 도 3과 같이 무기물을 첨가하여 표면 보호층을 형성하면 그 공극사이를 무기물이 채워져 고분자 수지와 고분자 수지 사이를 무기물이 가교역활을 하게되어 강도를 강화시키는 효과를 준다. 특히 종래에 사용되던 점토 무기물과 달리, 소듐, 칼슘, 보론 등의 양이온과 실리케이트 및 알루미네이트 등의 음이온의 화합물과 같은 무기물이 비닐아세테이트 수지와의 가교성이 우수하다.

이때의 표면 보호층을 형성하는 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액의 도포량은 0.1 내지 1 kg/㎡ 이 바람직하며, 0.1 kg/㎡ 미만이면 표면 미막을 형성하기가 어려우며, 1 kg/㎡를 초과하여 도포하면 과량 사용으로 경제적이지 못하다.

따라서 본 발명의 표면 침투층 및 표면보호 이중층을 통한 분체 및 석탄 파일의 복포 방법은 먼지의 비산방지, 및 침출 및 유실에 의한 환경오염을 예방할 수 있는 효과를 가지고, 특히 석탄 파일의 미세먼지 비산억제 및 산소차단에 의한 화재방지에 탁월한 효과가 있으며, 장기 보관 물성도 우수하다.

이하의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.

[실시예]

실시예 1∼3

수분 함량이 8 중량%이고, 200 메쉬(mash) 이하의 입자가 20 중량%이고, 최대 입자 크기가 20 mm 인 무연탄의 석탄파일 1000 ㎠에 분자량 20만의 아크릴-비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지(아크릴 함량 각각 10, 20, 30 중량%) 40 중량%, HLB 13의 알킬에틸렌옥사이드 계면활성제 3 중량%, 일반 실리콘계 소포제 1 중량%, 및 나머지 물을 포함하는 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 16 ㎖를 물에희석한 희석 용액 130 ㎖를 도포하였다.

표 1에 도포하였을 때의 침투표면층 두께 차이 및 강도(프록터 침입저항)의 시험결과를 나타내었다.

구 분	고분자수지	계면활성제(중량%)	소포제(중량%)	침투층 두께(cm)	프록터 침입 저항(psi)
	아크릴함량(중량%)					사용량(중량%)
실시예 1	10	40	3	1	3	1200
실시예 2	20	40	3	1	3	2500
실시예 3	30	40	3	1	3	1800

실시예 4∼6

계면활성제로 HLB가 각각 5, 12, 18 의 알킬에틸렌옥사이드를 사용하는 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 조성의 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 16 ㎖를 물에 희석한 희석 용액 130 ㎖를 도포하였다. 표 2에 실험결과를 나타내었다.

구 분	아크릴함량 20 중량%의아크릴-비닐아세테이트공중합체 에멀젼수지(중량%)	계면활성제	소포제(중량%)	침투층 두께(cm)	프록터 침입저항 (psi)
		HLB값				사용량(중량%)
실시예 4	40	5	3	1	4	1600
실시예 5	40	12	3	1	6	4100
실시예 6	40	18	3	1	3.5	1200

실시예 7∼9

상기 실시예 5에서 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액이 도포된 석탄 파일 위에 분자량 20만의 아크릴-비닐아세테이트 공중합체 에멀젼 수지(아크릴함량 20 중량%) 40 중량%, HLB 12의 알킬에틸렌옥사이드 계면활성제 3 중량%, 일반 실리콘계 소포제 1 중량%, 무기물(소듐실리케이트, 칼슘알루미네이트, 칼슘알루미노실리케이트) 10 중량% 및 나머지 물을 포함하는 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액 16 ㎖를 물에 희석한 희석 용액 130 ㎖를 도포하여 이중층을 형성시켰다.

시험 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

구 분	아크릴함량 20중량%의 아크릴-비닐아세테이트공중합체에멀젼수지(중량%)	HLB값 12의알킬에틸렌옥사이드계면활성제(중량%)	소포제(중량%)	무기물	침투층두께(cm)	프록터침입저항(psi)
				종류			사용량(중량%)
실시예 7	40	3	1	소듐실리케이트	10	N/A	4600
실시예 8	40	3	1	칼슘알루미네이트	10	N/A	6000
실시예 9	40	3	1	칼슘알루미노실리케이트	10	N/A	9000

따라서 상기 결과에서 알 수 있듯이 표면층과 표면보호층의 이중 복포를 통하여 더욱 깊은 침투층과 증가된 저항강도를 확인할 수 있었다.

본 발명의 표면 침투층 및 표면보호층의 이중층을 통한 분체 및 석탄 파일의 복포 방법은 먼지의 비산방지는 물론이고 침출 및 유실에 의한 환경오염 예방과 특히 석탄 파일의 미세먼지 비산억제 및 산소차단에 의한 화재방지에 탁월한 효과를 가지며, 저렴하고 시공도 용이하며, 장기간 파일을 보호를 할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (9)

1. 석탄 및 분체 파일의 복포용 침투성 수용액 조성물에 있어서,

   a) 비닐 아세테이트 고분자를 포함하는 에멀젼 수지 1 내지 60 중량부; 및

   b) 비이온성 계면활성제 0.1 내지 10 중량부

   를 포함하는 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 조성물이

   c) 실리콘계 소포제 최대 5 중량부

   를 추가로 포함하는 조성물.
3. 석탄 및 분체 파일의 피막용 수용액 조성물에 있어서,

   a) 비닐 아세테이트 고분자를 포함하는 에멀젼 수지 1 내지 60 중량부;

   b) 비이온성 계면활성제 0.1 내지 10 중량부; 및

   c) 상기 a), 및 b)의 성분의 합 1 내지 95 중량부에 대하여 소듐, 칼슘, 보론으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 양이온과 실리케이트 및 알루미네이트로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 음이온을 포함하는 무기 물질 5 내지 99 중량부

   를 포함하는 조성물.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 조성물이

   d) 실리콘계 소포제 최대 5 중량부

   를 추가로 포함하는 조성물.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 조성물이

   e) 석회석, 석고, 생석회, 및 산화규소로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 무기 충전재를 최대 30 중량부 추가로 포함하는 조성물.
6. 제 1 항 및 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 비이온성 계면활성제는 HLB가 3 내지 18의 알킬 에틸렌 옥사이드계 계면활성제인 조성물.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 c)의 무기물질이 소듐실리케이트, 칼슘알루미네이트, 칼슘알루미노실리케이트, 알루미나실리케이트, 알루미늄설페이트, 소듐설페이트, 및 포졸란으로 이루어진 군으로부터 1 종 이상 선택되는 조성물.
8. a) 제 1 항 기재의 복포용 침투성 수용액을 분체 또는 석탄 파일 위에 도포하여 표면 침투층을 형성시키는 단계; 및

   b) 상기 a)단계의 표면 침투층이 형성된 분체 또는 석탄 파일에 제 3 항 기재의 피막용 수용액을 복도포하여 표면 보호층을 형성시키는 단계

   를 포함하는 분체의 비산 및 유실 방지용 복포 시공 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 a)단계의 도포량은 0.1 내지 1 kg/㎡ 이고, 상기 b)단계의 도포량은 0.1 내지 1 kg/㎡ 인 분체의 비산 및 유실 방지용 복포 시공 방법.