KR20050010300A - 방사선량과 음이온량을 조절한 방오도료용 첨가제 - Google Patents

Abstract

지금까지 알려진 바로는 부착해중생물이 약 600 여종으로 선박의 선저, 해양구조물, 어망, 시설물 등에 조개, 따개비, 해초 등의 부착방지를 위해 방오도료를 사용하고 있는데 기존의 도료에서는 주석 화합물(TBT; Tributyltin)계 독성물질이 발생하여 바다와 갯벌, 어패류 양식장을 황폐화시키고 환경호르몬의 축적으로 국민건강을 위협하고 있다. 이에 이 발명에서는 독성물질의 배출이 없는 천연 무기 방오도료용 첨가제를 개발함으로써 오염이 없어 생태계를 보존하고 연근해 바다와 어장을 보호하고 선박의 항해속도의 향상과 시간절약, 수입대체효과 및 방오도료의 내구성 등을 향상시킬 수 있도록 하였다. 이를 위하여 전기석(Tourmaline), 희토류 광물인 모나자이트(Monazite), 바스트내사이트(Bastnaesite)광물을 입자크기 1㎛ ～ 6㎛로 하고 그 혼합비율을 전기석 분체 30무게％～50무게％, 모나자이트 분체 5무게％～45무게％, 바스트내사이트 분체 45무게％～5무게％ 로 하여 물속에서 전기분해 현상을 일으켜 미끈거리는 음이온계 계면활성 물질을 생성시키고 인체에는 안전한 미약방사선 전자파장을 발생시켜 해중부착 생물에게 있어서 부착을 기피하게 하도록 음이온량과 방사선량을 조절할 수 있는 방오도료용 첨가제를 개발했다.

Description

방사선량과 음이온량을 조절한 방오도료용 첨가제{Painting additive of anti-dirtiness with adjusting function of amount of radiation and minusion.}

약 600여종의 해중생물의 부착예방을 위해 기존에는 주석 화합물(TBT; Tributyltin) 등을 도료첨가제로 사용하였다. 그러나 이것으로부터 강한 독성물을 배출해서 연근해 바다와 갯벌, 그리고 어패류 양식장을 황폐화시킴과 어패류등에 유기 TBT 환경호르몬이 축적되는데 이를 섭취하므로 국민건강이 위협받고 있었다. 이 발명에서는 연근해 해중생물과 어패류를 보호하고 선박의 선저부분과 해중, 해양시설물, 구조물 등에 천연 순수 무기광물만을 이용한 오염없고 친환경적인 방오도료용 첨가제를 사용하므로 천연 계면활성 물질생성과 인위적으로 조절된 미약 방사선 전자파장에너지의 작용에 의해 해중생물들이 부착하려는 것을 기피하도록 끊임없이 에너지를 방출하는 물질을 도장하여 보호막을 형성하도록 하는 방오 도료용 첨가제로 선박의 선저용 방오도료 분야, 수중구조물, 시설물용, 각종 방오 어망분야, 또는 핵발전소 시설의 냉각수 유입 입구 해중생물 부착방지용 방오도료용 등 염수와 담수에 제한 받지 않고 다양한 분야에 적용할 수 있는 독성 없는 안전한 천연무기광물을 원료로 한 방오도료 첨가제에 관한 것이다.

세계 총 물류이동의 약 70％ 이상이 물류비 절감을 위해 선박을 이용해 이루어지고 있다. 현재 콘테이너선, 원양어선, 연근해 어선, 군사용 군함, 여객선 등 선박의 선저(船低=배 밑바닥)부분에 총600 여종의 부착가능성이 있는 해중생물인 따개비, 조개, 홍합, 수초 등 배 밑바닥에 붙게 되면 배 이동시 물의 저항력과 마찰력으로 배의 정상속도감소, 물류비용 상승 및 선체 유지보수비 상승을 유발하게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 선저에 도장하여 해중생물 부착을 감소시킬 목적으로 개발된 것이 방오도료(페인트) 이다. 이 해중생물의 부착을 감소시키기 위한 방오도료의 방오방식 및 선체의 소재의 특성에 따라 해수에 도료자체가 미끈 미끈한 성분이 조금씩 녹아 해중생물의 부착을 막는 방오 방식을 가수분해형이라 하고 해수에 도료가 양파 껍질처럼 조금씩 벗겨지도록 하여 해중생물의 부착을 효과적으로 감소시키고자 방오도료를 사용하고 있다. 또한 선저용 가수분해형 방오도료의 특징으로는 유기 주석 화합물(TBT)가 함유된 고분자를 방오성분으로 하여 제조된 것으로 도료자체가 해수(염수)와 가수분해하여 유기주석 화합물을 용출시킴과 함께 도료의 전색제가 수용화하여 배합한 방오제가 용출하는 것으로 패류 및 해초류 등 해중접착생물의 부착을 막는 것이다. 특히 배가 정박해 있다가 출항시 배 밑바닥에 붙어 있던 해중접착생물이 선저와 물과의 마찰력으로 인하여 많은 TBT 물질을 용출 시킨다. TBT 환경 호르몬 물질에 오염된 해중생물이 연근해 바다에 축적됨으로써 연근해 바다의 생태계가 오염, 어패류 등이 집단 폐사하는 현상을 낳고 있다. 가수분해형 도료는 배의 재질이 FRP(유리섬유 강화 플라스틱) 배에는 도장할 수 있으나 알루미늄 배에는 도료와의 화학반응을 유발함으로 사용할 수 없다. 가수분해형 도료는 해수와의 화학반응을 이용한 것으로 담수에서는 그 효과가 없다.

자기연마형 도료는 유기 규소함유 공중합체를 사용한 것으로 배의 추진력을 이용하여 해중 접착생물이 도료와 함께 양파 껍질처럼 한겹 한겹 벗겨지도록 한 것이다.

위 2가지 방식의 도료는 도료도장 후 그 효과가 약 6개월 정도로 유지기간이 짧다.

이 발명은 21세기 순수 천연 방오도료용 조성물 첨가제로서 연근해의 해양수산 자원과 해중생물을 보호함과 선저에 해중접착생물들의 접근을 기피하도록 하는 음이온과 미약 방사선 전자파장을 발생하며 또한 에너지 방출량을 조절할수 있다. 모나자이트 분체와 바스트내사이트 분체와 전기석 분체 입자 하나 하나에서 미약전류에 의한 전기분해 작용으로 미끈미끈 거리는 계면활성 물질이 선박의 선저부분과 해중,해상 시설물, 그리고 어망 등에 보호막을 형성하여 부착하려는 해중생물들의부착을 기피하도록 유도하는 역할을 한다. 또한 모나자이트 분체와 바스트내사이트 분체의 역할은 끊임없이 많은 음이온을 방출하고 인체에는 안전하지만 여기서 방출되는 전자파장 에너지가 해중부착생물들에게 접근을 싫어(기피) 하게 하는 극히 미약한 0.2μSv/hr ∼ 4.0μSv/hr 미약 방사선인 알파(α)선, 베타(β)선 0.2∼4μSv/hr, 감마(γ)선0.2∼4 μSv/hr 범위의 전자파장(알파파 베타파, 감마파,X선)을 끊임없이 발생시키도록 하여 근본적으로 해중부착생물이 선박의 선저부분, 해양, 해중시설구조물의 부착을 근본적으로 막는 역할을 하도록 하였다.

또한 종래의 2가지 방식의 방오도료의 단점인 유해물질 용해에 의한 유출과 도장 후 방오효과 유지기간이 짧은 것을 최고 2 ∼ 3배를 향상시켜 선박의 유지보수비 절감과 연근해 어패류 양식장을 보호함과 황폐화를 막아주는 독성 없는 방오도료의 장기 지속성 부여는 물론 염수(바다물)나 담수(강)에 관계없이 해중부착생물에 대하여 방오효과가 있고, 또한 선박의 재질에 관계없이 사용하는 순수 천연 방오도료용 첨가제를 국산화하는 것이 기술이다.

도 1은 이 발명에 사용한 3가지 광물 혼합분체에서의 음이온 발생수를 나타내는 그림

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1. 방오 도료용 세라믹 조성물 첨가제

2. 음이온 발생수

이 발명의 개발배경은 1992년 일본 후쿠오카현 쿠루메 리서치 파크 시험 연구소에서 시험 수조 중(안)에서 양식조개가 전기석 광물 분체와 희토류 원소를 포함한 광석 분체의 2가지 혼합, 조성물을 수조에 넣으면(자) 패류(貝類)인 조개의 위치가 조성물에서 매일 조금 멀리 이동, 접근하지 않는다는 사실을 확인, 이 시험을 반복해 실시해, 이른바 해양생물의 기피 현상을 발견한 것에 기초하여 지구에 존재하는 광물 중 사람의 인체에는 비교적 안전하지만 해중부착생물에게 있어서 부착을 기피하도록 끊임없이 미약한 방사선 전자파장 방출과 음이온발생이 비교적 많은 희토류 광물 2가지인 모나자이트와 바스트네사이트 광물, 그리고 미끈 미끈한 음이온계 계면활성물질을 생성하는 전기석등 3가지 광물을 가지고 실험하였다. 먼저 1μm∼ 6μm 크기의 전기석 분체와 1μm ∼ 6μm 크기의 모나자이트 분체, 그리고 1μm ∼ 6μm의 바스트내사이트 분체 3가지 광물을 분체 혼합비율을 사용분야에 따라 전기석 분체 25무게％ ∼50무게％, 모나자이트 분체 5무게％∼45무게％, 바스트내사이트 분체 45무게％∼5무게％ 로 배합한다. 분체입자크기 가공시 사용분야에 따라 분체입자 크기를 달리할 수 있고, 이와 관련하여 각각의 광물 분체의 배합비율를 달리할 수 있다. 이는 3가지 광물의 물성, 즉 질량, 경도, 무게, 밀도 등 차이로 인하여 방오도료용 첨가제로 도료에 7％ ∼25％를 배합사용 하였을 때 같은 성분, 입자끼리 몰리게 되고 3가지 광물 분체가 갖고 있는 방오효과 성질을 제대로 발휘하지 못하게 된다. 이를 방지하기 위해 되도록 3가지 광물 분체가공시 무게, 질량이 비슷하도록 분체가공을 하여야 도장시 분산효과가 좋고 결과적으로 해중부착생물에 대한 방오효과 및 방오기간등이 증대된다.

전기석(Tourmaline) 분말은 6각 주상형의 결정을 갖는 붕규산염으로 육방정계에 속하는 천연광물이다. 토르마린 결정자체가 전기를 발생하는 특성을 지녀 전기석(電氣石)이라는 별칭을 갖고 있다. 토르마린의 결정은 0.06mA 미약 전류를 계속 발생시키므로, 결정에 수분(H₂O)이 닿으면 순간적으로 물을 전기분해한다. 이때 물은 전기분해되고 물분자(H₂O)는 수소이온(H+)과 수산이온(OH-)로 분리된다.

[식 1]

[식 2]

분리된 수소이온(H+)은 마이너스 전극에 끌려서 거기에서 방출되는 전자와 결합되어 중화되고 수소가스(H₂)가 되어 증발한다. 즉, 물이 알카리 이온화가 된다. 또 수산이온(OH-)은 주변의 물 분자와 결합하여 히드록실(H₃O₂) 음이온이라고 하는 계면활성물질이 된다.

[식 3]

계면활성물질을 쉬운 예로 들면 비누와 같은 것이다. 즉 물과 기름처럼 잘 섞이지 않는 물질을 결합하기 쉽게 하여 같이 씻겨 나가게 하는 물질이다.

아래 그림은 플러스 전극과 마이너스 전극사이를 통과했을 때 수중에 생기는 히드록실 이온 H₃O₂는 전기분해 됐던 물 분자 H₂O와 O-H의 결합된 그림이다.

그림은 친수기 부분에 해당하는 것은 H-O-H 부분이고, H가 외부로 향한 H-O의 부분이 소수기이다. O-H의 마이너스 전하는 H-O-H의 2개의 H와 OH기의 O와의 결합이 되며, 한편 수용액중의 양이온과 음이온의 전하량은 대등하여야 한다. 토르마린에 의해 수소원소가 떨어져 나간 Hydroxyl(히드록실) 이온, 즉 단독이온은 이 법칙에 반대로 존재하기 때문에 에너지면으로 불안정한 상태가 된다. 그 때문에 Hydroxyl(히드록실) 이온은 물속에서 불안정한 상태로 존재하므로 급속하게 계면으로 이동하여 H-O-H기를 물의 안쪽을 향하고 O-H기의 H를 물의 바깥 쪽으로 향하여 배열하게 된다. 이와 같이 Hydroxyl(히드록실) 이온이 안정화되면서 계면활성물질로 작용하게 된다. 또한 전기석이 방오도료 첨가제 세라믹 첨가제로서 효과를 발휘하는 것은 전기석의 물성적 특징으로 아무리 작게 분쇄 가공하더라도 전기석 물성과 분자구조는 변하지 않으며, 특히 열(熱;초전효과-Brewster, D., 1824, Pogg. Ann., Bd. 2, ss. 297-307), 마찰(摩擦), 압력과 충격(壓力;압전효과-1881년 Hankel, W.G., 1881, Abh. Saechs, Bb. 12, ss. 457-548)가하면 오히려 음이온계 계면활성물질 생성이 극대화된다는 점을 방오용 선저(船低) 도료에 응용했을 때 종래의 선저 방오도료로서 해중생물들의 선저에 부착을 감소시키기 위하여 사용하는 주석함유 고분자 방오도료인 [가수분해형 도료] 의 특징과 같이 미끈미끈한 도료물질이 일정시간이 경과되면 도장된 선저에서 바다물과 화학 반응하여 조금씩 물에 녹아 해중생물의 부착을 막는 [가수분해형 도료] 방식과 비슷한 효과를 거둘 수 있고, 또한 [가수분해형 도료]와 바다물과 화학반응시 용출 되는 유기 주석 화합물(TBT)과 달리 오염 없이 순수 천연 음이온계 계면활성 물질이 선저 부분에 도장 되어 다량의 음이온발생과 사람의 인체에는 비교적 안전하지만 해중부착생물들에게 있어서 부착을 기피하도록 인위적으로 조절된 0.2 μSv/hr ∼ 4.0μSv/hr 이하 미약 방사선 에너지와 전자파장인 알파(α)선, 베타(β)선 0.2∼4 μSv/hr, 감마(γ)선0.2∼4 μSv/hr 범위의 전자파장을 발생하도록 한 희토류 광물인 모나자이트 분체와 바스트네사이트 분체, 전기석 분체로 구성하였다.

그리고 해중부착생물들이 선박의 선저 부분에 부착하지 못하도록 미끈 미끈한 음이온계 계면활성물질을 바다 물과 반응하여 도장된 부분에 보호막을 형성, 해중부착생물들이 선박의 선저나 해양, 해중시설물 및 어망등에 부착하는 것을 근본적으로 막아 주고, 천연 광물로 해양오염이 없는 21세기 친환경 방오도료용 첨가제를 분체화, 도료에 배합제로 한 것이 이 발명의 구성이다.

[방오도료용 첨가제에 의한 장기방오 원리 설명도]

(A)의 수지와 (B)방오도료용 첨가제와의 상호 상승작용에 따라 선저의 접착력과 (A),(B)의 상승작용에 의해 (A)는 (B)를 보호하고 (B)는 (A)를 보호, 서로를 , 지키며, 상호보호하는 작용을 한다.

이 발명의 방오도료용 첨가제를 선박의 방오용 수지도료에 첨가하는 경우 세라믹 분체의 입도(입자크기)정도와 용도에 따라 전체 방오도료 100무게％의 7-20％로 배합, 사용한다. 세라믹 첨가제가 너무 많으면 도료의 선저에 점착기능 저하와 해중접착기능, 그리고 장기간 유지되는 방오기능이 저하될 수 있다.

이 발명은 다음과 같은 효과를 거두었다.

① 천연 무기 광물을 응용한 천연자연 세라믹 소재로서 연근해 바다와 해중생물 보호는 물론 직간접적으로 어패류 생존환경이 개선되어 어민의 소득증대의 효과를 얻을 수 있다.

② 현재 수입에 의존한 방오도료 및 첨가물을 국산화 함으로써 국내는 물론 해외수출로 외화획득의 효과가 있다.

③ 방오성분의 용출을 제어해, 방오 수명이 지극히 장시간 유지되는 신규의 방오기능이 발휘된다.

④ 해수(염수), 강(담수), 호수에 관계없이 시공이 편리하고 방오효과가 있다.

목선, FRP선, 해양구조물 및 해중시설물등에 관계없이 그 적용범위가 넓다.

Claims (2)

1. 음이온과 미약 방사선 파장을 발생하는 모나자이트 광물과 바스트내사이트 광물 을 각각1㎛ 이하 미립자 분체가공 후 모나자이트 분체를10무게％∼90무게％와 바스트내사이트 분체를 90무게％∼10무게％ 로 1차로 배합 및 교반한다. 여기에 전기석 100무게％ 분체를 1(50％):1(50％) 로 다시 배합 및 교반하면 해중부착생물들이 싫어하고 부착을 기피하는 천연 방오도료용 첨가제가 만들어 진다. 이렇게 만들어진 방오도료용 첨가제 7 ％∼ 25％ 를 용도와 분야의 도료용에 첨가 후 잘 교반하여 기존 도장 방법대로 도장할수 있는 것을 특징으로 하는 방사선량과 음이온량을 조절한 방오도료용 첨가제
2. 제1항에 있어서 미약전류와 수압에 의한 압전효과, 마찰효과 등으로 선박의 선저나 해중시설 및 구조물에 도장된 면에 천연적으로 음이온계 계면활성물질인 히드록실(H₃O₂)이 생성되어 미끈미끈한 물질이 보호막으로 생성되는 효과와 방오효과가 있는 조절된 음이온 발생 수치와 미약방사선 전자파장인 알파(α)선, 베타(β)선 0.2∼4 μSv/hr, 감마(γ)선0.2∼4 μSv/hr 범위에 의한 상호복합 작용 및 결합되는 다른 분체 성분간의 메커니즘이 화학적으로 상승효과를 가져와 방오수명이 장기간 유지되는 특징을 지닌 방사선량과 음이온량을 조절한 방오도료용 첨가제