KR20060121628A - Antimicrobial agent-polymer complexes bead and manufacture method thereof - Google Patents

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Abstract

Provided are antimicrobial agent-polymer composite beads, which improve a solubilization efficiency of sludge even at low temperature, have high durability, and exhibit a sludge solubilization effect even after used for a long time, and a preparation thereof. The antimicrobial agent-polymer composite beads are prepared by the steps of: (1) dissolving a polymer having hydroxyl groups in water to prepare a polymer solution; (2) dissolving an organic silicone-based quaternary ammonium salt in an organic solvent; (3) adding the prepared solution of the step (2) to the polymer solution of the step (1) to be reacted at room temperature; (4) adding the quaternary ammonium-polymer composite solution of the step (3) to an aqueous solution of divalent metal ions, and then stirring the admixture to form polymer composite beads; and (5) adding distilled water to the prepared polymer composite beads to be heat-treated at 40-80‹C for 10-120minutes.

Description

항균제가 결합되어 있는 고분자복합체의 구 및 그의 제조방법{Antimicrobial Agent-Polymer Complexes Bead and Manufacture Method thereof}Antimicrobial Agent-Polymer Complexes Beads and Manufacture Method

도 1. 하/폐수처리공정에서 발생하는 하수슬러지의 일반적인 처리방법Figure 1. General treatment method of sewage sludge generated in sewage / wastewater treatment process

도 2. 본 발명에 따른 고분자 복합체구를 제조하는 공정 Figure 2. Process for producing a polymer composite sphere according to the present invention

도 3. 본 발명의 가교화된 고분자 복합체구의 Si-O-Si 공유결합Figure 3. Si-O-Si covalent bond of the crosslinked polymer composite sphere of the present invention

도 4. 실험예 1에 따른 FTIR측정 결과4. FTIR measurement results according to Experimental Example 1

본 발명은 슬러지를 가용화하는데 사용되는 고분자 복합체구에 관한 것으로, 항균력을 가지는 유기실리콘계 제4급 암모늄염과 수산기를 갖는 고분자를 반응시켜 가교시킨 고분자 복합체구 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polymer composite sphere used for solubilizing sludge, and a polymer composite sphere crosslinked by reacting an organosilicon quaternary ammonium salt having an antimicrobial activity with a polymer having a hydroxyl group and a method for producing the same.

하/폐수처리공정에서 발생하는 하수슬러지의 일반적인 처리방법은 도 1에서 보는 바와 같이, 폭기조에 유입된 하/폐수는 미생물들에 의하여 일부 분해된 다음 침전조로 넘어가 고액분리를 통하여 방출수와 슬러지로 분리된다. 이렇게 분리된 슬러지의 일부는 미생물원으로서 폭기조로 반송됨과 동시에 나머지 슬러지는 잉여슬러지로서 농축, 소화, 탈수, 콤포스트화, 소각 등의 과정을 거쳐 처리되는 것이 일반적인 방법이었다. 그러나 이러한 처리는 2차 환경오염, 비용 및 시간이 소요되는 문제점 등이 있다.As shown in FIG. 1, a general method of treating sewage sludge generated in sewage / wastewater treatment processes is that the sewage / wastewater introduced into the aeration tank is partially decomposed by microorganisms and then transferred to the sedimentation tank to discharge water and sludge through solid-liquid separation. Are separated. Some of the separated sludge was returned to the aeration tank as a microbial source, while the remaining sludge was treated as a surplus sludge through a process such as concentration, digestion, dehydration, composting, and incineration. However, these treatments have secondary environmental pollution, cost and time-consuming problems.

따라서, 최근에는 하수슬러지의 사후처리에만 집중되어 있는 기술개발에서 벗어나 수처리공정에서 슬러지 발생을 원천 감량하고, 슬러지의 유효성분을 재활용할 수 있는 방법들이 개발되었고 그 방법들의 대부분은 수처리 공법과 연계한 슬러지 전처리에 의한 슬러지 가용화이다. Therefore, in recent years, methods to reduce sludge generation in the water treatment process and recycle the sludge's active ingredients have been developed, apart from the technology development focused only on the post-treatment of sewage sludge, and most of the methods are sludge associated with the water treatment method. Sludge solubilization by pretreatment.

주요전처리 방법으로는 오존이나 초음파를 이용해 세포벽을 산화시켜 슬러지를 가용화시킨 후 이를 생물반응조로 유입시켜 최종적으로 이산화탄소로 분해되고 일부는 생체합성에 사용되어 잉여 슬러지가 감량화되는 방법, 하수 슬러지를 고온 산 발효하여 유기산을 수처리 공정에 제공하는 방법, 침지식 평막을 결합한 호기소화공정으로부터 인발한 슬러지를 가성소다로 가용화시킨 후 호기소화조로 재투입하는 방법, 잉여 슬러지를 농축 후 금속밀파쇄기에 유입시키고 금속 밀을 상호 유동시켜 볼과 볼 사이의 마찰력과 마찰열에 의해 활성 슬러지의 세포벽을 강제적으로 파쇄하여 가용화시키는 방법, S-TE공정과 같이 활성 슬러지를 고온으로 가열하면 활성슬러지를 보호하는 점성물질이 해체되고 고열호기성세균이 가열에 의해 활성화되어 효소를 분비하고 이 효소가 세포벽을 파괴하여 가용화시키는 방법 등 다양한 슬러지 전처리에 의한 가용화하는 방법들이 장기폭기 혹은 산화구법과 같이 비교적 수리학적 체류시간이 긴 수처리공정과 결합하여 슬러지 감량효율을 나타내고 있다. As the main pretreatment method, ozone or ultrasonic waves are used to oxidize the cell wall solubilizing the sludge, and then it is introduced into the bioreactor and finally decomposed into carbon dioxide, and part of it is used for biosynthesis to reduce the excess sludge. Method of fermentation to provide organic acid to water treatment process, solubilization of sludge drawn from aerobic digestion process combined with immersion flat membrane, and re-introduction into aerobic digestion tank, concentration of excess sludge into metal mill crusher and metal A method of forcibly breaking and solubilizing cell walls of activated sludge by frictional force and frictional heat between the balls and the balls by mutually flowing the mill.When the activated sludge is heated to a high temperature like the S-TE process, the viscous material that protects the activated sludge is dismantled. And aerobic bacteria are activated by heating Solubilization by various sludge pretreatment methods such as secretion and solubilization of the enzyme by breaking down the cell walls have been shown to reduce sludge reduction efficiency in combination with water treatment processes that have relatively long hydraulic retention times such as long-term aeration or oxidation.

상기와 같은 전처리를 이용한 슬러지 감량화의 기본원리는 물리적, 화학적, 생물학적 전처리에 의해서 미생물 구성물질들을 감싸고 있는 세포벽을 파괴시킴으 로써 세포구성물질들의 가수분해를 촉진시킨다. 이렇게 가용화된 슬러지내 유기물을 수처리 공정으로 반송하여 생물 반응조에서 분해되도록 함으로써 결과적으로 슬러지의 생분해성을 높일 수 있다는 점이다. 상기 기술한 바와 같이 수처리와 결합한 슬러지 감량기술이 이미 다양하게 개발되어 있음에도 불구하고, 전처리시설의 운영비가 고가이고, 고온에서 처리해야하는 단점, 산 및 가성소다 사용에 따른 문제점등이 발생하게 된다.The basic principle of sludge reduction using such a pretreatment promotes hydrolysis of cell components by destroying the cell walls surrounding the microbial components by physical, chemical and biological pretreatment. The organic matter in the solubilized sludge is returned to the water treatment process to be decomposed in the bioreactor, resulting in increased biodegradability of the sludge. Although the sludge reduction technology combined with the water treatment as described above has already been developed in various ways, the operating cost of the pretreatment facility is expensive, disadvantages of having to be treated at high temperatures, problems caused by the use of acid and caustic soda.

일반적으로 항균제는 대부분 양이온을 함유하고 있는데 이는 음이온성인 세균의 세포막을 교란 또는 파괴하거나, 세포안으로 확산해 들어가 대사장애를 일으킴으로서 세균을 사멸시키게 된다. 현재까지 개발된 항균제는 무수히 많지만 이들 항균제들은 크게 방출형과 고정형으로 나누어진다. 방출형 항균제는 항균제가 서서히 방출되어 주위의 세균을 사멸시키는 기작을 갖는 것을 말하며, 여기에는 무기물계, 유기금속계, 아닐드계, 양성계면활성제 등이 속한다. 고정형 항균제는 비용출형 또는 방어형으로 불리어지기도 하는데, 이는 항균제가 어떤 재료에 고정되어 있는 상태에서 세균이 항균제에 접촉하면 사멸되는 기작을 갖고 있는 것으로, 여기에는 유기실리콘 제4급 암모늄계 등이 있다. 상기 방출형 항균제는 계속적인 항균제의 방출에 의해 점진적으로 방출농도가 저하되어 결과적으로 항균력이 감소되는 단점이 있다. 반면에 고정형 항균제는 어떤 재료에 고정된 상태에서 항균력을 발휘하므로 방출형에 비하여 항균력을 오래 지속시킬 수 있다.Generally, antimicrobial agents contain cations, which disrupt or destroy anionic cell membranes, or diffuse into cells, causing metabolic disorders to kill bacteria. There are many antibacterial agents developed to date, but these antimicrobial agents are largely divided into a release type and a fixed type. The release type antimicrobial agent refers to a mechanism in which the antimicrobial agent is slowly released to kill surrounding bacteria, and this includes inorganic substances, organometallic compounds, amide compounds, and amphoteric surfactants. Fixed antimicrobial agents are sometimes called non-release or defensive types, which have a mechanism of killing bacteria when they come into contact with the antimicrobial agent while the antimicrobial agent is fixed to a material, such as organosilicon quaternary ammonium. . The release type antimicrobial has a disadvantage in that the release concentration is gradually decreased by the continuous release of the antimicrobial agent, and consequently, the antimicrobial activity is reduced. On the other hand, the fixed antimicrobial agent exhibits antimicrobial activity in a fixed state on a certain material, so that the antimicrobial antimicrobial activity can be maintained longer than the release type.

고정형 항균제의 대표적인 예인 유기실리콘계 제4급 암모늄염은 양이온 계면활성제인 제4급 암모늄염과 실란이 결합된 구조를 이루고 있으며[Plueddemann, et al., USP 4933327; Halloran, et al., USP 5707435; Nohr, et al., USP 5569732; Temple, et al., USP 3719711], 그 대표적인 항균제로는 3-(트리메톡시시릴)프로필 옥타데실다이메틸 암모늄클로라이드가 있는데 그 화학 구조식은 다음 화학식 1과 같다.The organosilicon quaternary ammonium salt, a representative example of the fixed antimicrobial agent, has a structure in which a quaternary ammonium salt, a cationic surfactant, and silane are combined [Plueddemann, et al., USP 4933327; Halloran, et al., USP 5707435; Nohr, et al., USP 5569732; Temple, et al., USP 3719711], a representative antimicrobial agent is 3- (trimethoxysilyl) propyl octadecyldimethyl ammonium chloride, the chemical formula of which is represented by the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112005027667085-PAT00001
Figure 112005027667085-PAT00001

상기 화학식 1에서 확인할 수 있듯이, 상기 항균제의 제4급 암모늄내의 양이온 부분은 미생물 세포표면의 음이온 부위에 정전기적으로 흡착하고, 이어 소수성 상호작용에 의해 세포 표층구조를 물리화학적으로 파괴하며, 이에 따라 세포내 물질이 누설됨으로서 미생물의 호흡기능을 정지시켜 결국 사멸시키게 된다.As can be seen in Formula 1, the cationic portion in the quaternary ammonium of the antimicrobial agent is electrostatically adsorbed on the anion site of the microbial cell surface, and then physicochemically destroys the cell surface structure by hydrophobic interaction. Leakage of intracellular material stops the respiratory function of microorganisms and eventually kills them.

이상과 같은 항균제들을 슬러지 전처리 공정에 적용시킬 경우 방출형 항균제의 경우는 금속이온 또는 양이온들이 방출되어 세포내 단백질 구조를 파괴하거나 효소반응을 정지시켜 사멸되므로 세포내 유효성분들이 방출되지 못하고 사멸되어서 슬러지 전처리 공정의 목적인 가용화에 적합하지 못하지만, 이에 반면에 유기실리콘계 제4급 암모늄염과 같은 고정형 항균제는 세포벽을 파괴시켜 세포내 물질을 누설시킴으로서 항균력이 발휘되므로 슬러지 가용화에 매우 적합하다. 하지만 이와 같은 항균제를 단독으로 슬러지 전처리 공정에 사용할 경우 슬러지 가용화는 발휘되지만 항균제가 가용화된 슬러지내 유기물과 함께 수처리 공정으로 반송되므로 생 물 반응조에서 다른 유효균주 및 슬러지를 사멸시키게 되고, 또한 이러한 유기 항균제 물질이 최종 방출수와 함께 방출되므로 2차 오염의 문제가 발생하게 된다. 따라서 항균제가 슬러지 전처리 공정에서 가용화에만 기여하기 위해서는 항균제가 방출되지 않고 고정화되어 있는 다른 고정화 매개체가 필요하게 된다. 또한 이러한 항균제가 고정화 되어 있더라도 슬러지 전처리 공정에서 장기간 사용시에도 탈락되지 않는 내구성 및 안정성이 필요하다.When the antimicrobial agents described above are applied to the sludge pretreatment process, in the case of the release type antimicrobial agent, metal ions or cations are released to destroy intracellular protein structures or are terminated by stopping enzymatic reactions. While it is not suitable for solubilization, which is the purpose of the pretreatment process, on the other hand, fixed antimicrobial agents, such as organosilicon quaternary ammonium salts, are very suitable for sludge solubilization because they exert antimicrobial activity by breaking down cell walls and leaking intracellular materials. However, when such an antimicrobial agent is used alone in the sludge pretreatment process, the sludge solubilization is exerted, but since the antimicrobial agent is returned to the water treatment process together with the solubilized organic material in the sludge, other effective strains and sludges are killed in the bioreactor. Since the material is released with the final discharged water, the problem of secondary pollution arises. Therefore, in order for the antimicrobial agent to contribute only to solubilization in the sludge pretreatment process, another immobilization medium is required in which the antimicrobial agent is immobilized without being released. In addition, even if the antimicrobial agent is immobilized, durability and stability that do not fall off even after long-term use in the sludge pretreatment process are required.

유기실리콘계 제4급 암모늄염과 수산기를 갖는 고분자를 이용하여 직물이나 스폰지에 적용하는 방법이 한국특허 10-0295737 “내세탁성이 개선된 항균처리제”에 기재되어 있다. 그러나 상기 공보에 기재된 방법에서는 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 유도체를 제조한 다음, 곧 바로 직물이나 스폰지와 같은 대상 물질에 도포하여 피막을 형성하여 항균력을 나타낸 것으로, 상기공보에 기재된 방법으로 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 유도체로 도포된 직물이나 스폰지를 슬러지에 처리할 경우 그 피막이 탈락되면 더 이상 항균력을 발휘할 수 없을 뿐만 아니라 2차 환경오염원이 될 수 있다는 단점이 있어 장기사용이나 재사용 등에 한계가 있었다.A method of applying to a fabric or a sponge using an organosilicon-based quaternary ammonium salt and a polymer having a hydroxyl group is described in Korean Patent No. 10-0295737, "Antibacterial agent with improved washing resistance." However, in the method described in the above publication, an organosilicon-based quaternary ammonium polymer derivative is prepared and immediately applied to a target material such as fabric or sponge to form a film to show antimicrobial activity. When the fabric or sponge coated with the quaternary ammonium polymer derivative is treated with sludge, if the film is dropped, it will not be able to exert its antibacterial activity anymore, and it can be a secondary environmental pollution source. there was.

본 발명은 슬러지를 가용화하는데 사용되는 고분자 복합체구를 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a polymeric composite sphere used for solubilizing sludge.

본 발명은 항균력을 가지는 유기실리콘계 제4급 암모늄염과 수산기를 갖는 고분자를 이용하여 화학적으로 가교된 고분자 복합체를 제조한 후, 고분자 복합체를 금속 이온과 가교반응을 통하여 일정한 구조적 형태를 갖는 가교결합된 고분자 복합체구의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조되는 항균 고분자 복합체구를 제공하고자 한다.According to the present invention, after preparing a chemically crosslinked polymer composite using an organosilicon quaternary ammonium salt having an antimicrobial activity and a polymer having a hydroxyl group, the polymer composite is crosslinked polymer having a predetermined structural form through a crosslinking reaction with metal ions. The present invention provides a method for producing a composite sphere and an antimicrobial polymer composite sphere produced by the method.

또한 본 발명은 가열하지 않고 저온에서도 슬러지의 가용화 효율이 획기적으로 개선될 뿐만 아니라 장시간 반복 사용할 때에도 구가 분해되지 않고 그 형태 안정성이 유지되고 또한 고분자에 결합되어 있는 제4급 암모늄의 탈락 없이 가용화 효율을 지속적으로 발휘할 수 있는 고분자 복합체구 및 그의 제조방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention not only significantly improves the solubilization efficiency of the sludge even at low temperatures without heating, but also does not decompose the sphere even after repeated use for a long time, its morphological stability is maintained, and solubilization efficiency without dropping of the quaternary ammonium bound to the polymer. It is intended to provide a polymer composite sphere and a method for producing the same that can be continuously exerted.

또한 본 발명은 기존의 슬러지 전처리법들이 안고 있는 문제점들 즉, 전처리시설의 운영비가 고가이고, 고온에서 처리해야하는 단점, 산 및 가성소다 사용에 따른 문제점 및 코팅에 따른 사용상의 안정성과 장기 사용성 등의 단점을 해결할 수 있는 항균제가 결합된 신규한 고분자 복합체구를 제공하는 것이다.In addition, the present invention is a problem that the existing sludge pretreatment methods, that is, the operating cost of the pretreatment facility is expensive, disadvantages that must be treated at high temperatures, problems with the use of acid and caustic soda, and stability in use and long-term usability by coating It is to provide a novel polymer composite sphere combined with an antimicrobial agent that can solve the disadvantage.

본 발명은 슬러지를 가용화하는데 사용되는 고분자 복합체구에 관한 것으로, 본 발명에 따른 고분자 복합체구는 항균력을 가지는 유기실리콘계 제4급 암모늄염과 가교결합을 형성할 수 있는 수산기를 갖는 고분자를 반응시켜 제4급 암모늄화 고분자 복합체를 제조하고, 이렇게 제조된 고분자 복합체를 금속이온과 가교반응을 통하여 일정한 형태의 가교결합된 구로 제조한다.The present invention relates to a polymer composite sphere used to solubilize sludge, and the polymer composite sphere according to the present invention is reacted with a polymer having a hydroxyl group capable of forming a crosslink with an organosilicon quaternary ammonium salt having antibacterial activity. An ammonium polymer complex is prepared, and the polymer complex thus prepared is prepared into a cross-linked sphere of a certain form through a crosslinking reaction with a metal ion.

본 발명에 따른 고분자 복합체구를 슬러지에 적용하는 경우에 가열하지 않고 저온에서도 슬러지의 가용화 효율이 획기적으로 개선될 뿐만 아니라 장시간 반복 사용할 때에도 구가 분해되지 않고 그 형태 안정성 유지되고 또한 고분자에 결합되어 있는 제4급 암모늄의 탈락 없이 가용화 효율을 지속적으로 발휘할 수 있어 본 발명을 완성하게 되었다.When the polymer composite sphere according to the present invention is applied to sludge, the solubilization efficiency of the sludge is notably improved even at low temperature without heating, and the sphere is not decomposed even after repeated use for a long time, and its morphological stability is also maintained and is bound to the polymer. Solubilization efficiency can be continuously exhibited without dropping of the quaternary ammonium, thus completing the present invention.

본 발명에 따른 고분자 복합체구를 제조하는 단계를 설명하면,Referring to the step of producing a polymer composite sphere according to the present invention,

1) 수산기를 갖는 고분자를 물에 용해하여 고분자용액을 제조하는 단계;1) dissolving a polymer having a hydroxyl group in water to prepare a polymer solution;

2) 유기실리콘계 제4급 암모늄염을 유기용매에 용해하는 단계;2) dissolving the organosilicon quaternary ammonium salt in an organic solvent;

3) 상기 2)단계에서 제조된 용액을 1)단계의 고분자 용액에 첨가하여 상온에서 반응시키는 단계;3) adding the solution prepared in step 2) to the polymer solution of step 1) and reacting at room temperature;

4) 2가 금속이온 수용액에 상기 3)단계의 4급 암모늄화 고분자 복합체 용액을 투입 후 교반하여 고분자 복합체구를 형성하는 단계;4) adding a quaternary ammoniumated polymer composite solution of step 3) to a divalent metal ion solution and stirring to form a polymer composite sphere;

5) 상기 제조된 고분자 복합체구를 증류수에 넣고 40 ~ 80 ℃에서 10 ~ 120 분간 열처리하는 단계;5) putting the prepared polymer composite sphere in distilled water and heat-treated for 10 to 120 minutes at 40 ~ 80 ℃;

에 의해 제조된다.Is prepared by.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

먼저, 본 발명에서는 유기실리콘계 제4급 암모늄염과 가교결합을 형성할 수 있는 수산기를 갖는 고분자를 특정 함량비로 반응시켜 제4급 암모늄화 고분자 복합체를 제조한다. First, in the present invention, a quaternary ammonium polymer composite is prepared by reacting an organosilicon quaternary ammonium salt with a polymer having a hydroxyl group capable of forming a crosslink in a specific content ratio.

다음으로 고분자 복합체를 2가 금속 이온용액에 투입하여 가교화시킨 후 40℃ ~ 80℃에서 10분 ~ 120분간 열처리를 하여 고분자 복합체의 각종 공유결합들의 고정화 반응을 수행하게 된다.Next, the polymer composite is added to a divalent metal ion solution and crosslinked, followed by heat treatment at 40 ° C. to 80 ° C. for 10 minutes to 120 minutes to perform immobilization of various covalent bonds of the polymer composite.

본 발명의 고분자 복합체에 함유되는 상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염은 항균력을 갖는 화합물로서, 제4급 암모늄염이 유기실리콘에 결합된 화합물을 이용하며, 바람직하게는 하기 화학식 2의 화합물을 사용하며, 보다 바람직하게는 3-(트리메톡시시릴)프로필 옥타데실디메틸 암모늄클로라이드를 이용하는 것이 트리메톡시시릴기가 수산기를 갖는 고분자와 Si-O-C와 같은 공유결합을 형성할 뿐만 아니라 항균제 자체끼리도 Si-O-Si와 같은 공유결합을 형성하여 고분자 복합체 형성 후 가혹한 조건하에서도 고분자 복합체에서 항균제가 탈락이 어려워 장기간 사용할 수 있으므로 좋다.The organosilicon quaternary ammonium salt contained in the polymer composite of the present invention is a compound having an antimicrobial activity, a compound in which a quaternary ammonium salt is bonded to organosilicon, preferably a compound of the formula (2), Preferably, the use of 3- (trimethoxysilyl) propyl octadecyldimethyl ammonium chloride not only forms a covalent bond such as Si-OC and a polymer having a trimethoxysilyl group with a hydroxyl group, but also the antimicrobial agent itself is Si-O-Si. After forming a covalent bond, such as the formation of a polymer composite, even under the harsh conditions, the antimicrobial agent in the polymer composite is difficult to drop off, so it can be used for a long time.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112005027667085-PAT00002
Figure 112005027667085-PAT00002

(a+b=4, a>2, b>1 이며, R1은 C1~C3 알킬기이고, R2는 C1~C25의 선형 또는 분지형의 알킬기, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1 ~ C12의 지방족 또는 방향족 탄화수소이며, X는 Br 또는 Cl이다.)(a + b = 4, a> 2, b> 1, R 1 is a C 1 to C 3 alkyl group, R 2 is a C 1 to C 25 linear or branched alkyl group, R 3 , R 4 and R 5 are each independently C 1 to C 12 aliphatic or aromatic hydrocarbons, and X is Br or Cl.)

본 발명에서 가교결합을 형성할 수 있는 수산기를 갖는 고분자 물질으로는 소디윰 알지네이트, 카라기난(carrageenan), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol) 폴리아크릴액시드(polyacryliacid), 폴리메타아크릴액시드(polymethacrylicacid), 폴리비닐알킬이서(polyvinylalkylether), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리하이드록시에틸메타아크릴레이트(polyhydroxyethylmethacrylate)에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 사용한다. In the present invention, the polymer material having a hydroxyl group capable of forming a crosslink may include sodium alginate, carrageenan, polyvinyl alcohol, polyacryliacid, polymethacrylicacid, At least one compound selected from polyvinylalkylether, polyethylene glycol, and polyhydroxyethylmethacrylate is used.

함량은 유기실리콘계 제4급 암모늄염 100 중량부에 대하여 수산기를 갖는 고분자 물질 50 ~ 500 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 그 사용량이 50 중량부 미만이면 고분자 복합체의 강도가 저하되어 슬러지 내에서 탈락이 용이해져 가용화 효과가 저하되고, 그 사용량이 500 중량부를 초과하여 과량 사용되면 고분자 복합체 형성을 위한 용매에 녹일 때 그 용해성이 현저히 저하되어 유기실리콘계 제4급 암모늄염와 반응할 때 반응성이 크게 저하되는 단점이 있다. It is preferable to use 50 to 500 parts by weight of the polymer material having a hydroxyl group with respect to 100 parts by weight of the organosilicon quaternary ammonium salt, and if the amount thereof is less than 50 parts by weight, the strength of the polymer composite is lowered and it is easy to drop out in the sludge. When the amount is used in excess of 500 parts by weight, solubility is significantly reduced when dissolved in a solvent for forming a polymer composite, the reactivity is greatly reduced when reacting with an organosilicon-based quaternary ammonium salt. .

상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염을 용해시키기 위한 유기용매는 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올과 같은 저급 알콜을 사용한다.As the organic solvent for dissolving the organosilicon-based quaternary ammonium salt, lower alcohols such as ethanol, methanol, propanol, and isopropanol are used.

또한, 본 발명에서 고분자 복합체를 구형으로 가교시키는 이가 금속이온은 Ca2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+ 등과 같은 이가 금속이온을 제공하는 알칼리토금속을 물 또는 유기용매에 용해하여 사용하며, 본 발명에서 상기 알칼리토금속 화합물은 바람직하게는 칼슘클로라이드, 포타시윰 클로라이드, 마그네슘클로라이드 등을 사용할 수 있지만 금속이온을 제공할 수 있다면 이들에 한정되지 않고 사용할 수 있다, 그 함량은 고분자에 대하여 50 ~ 100 중량부를 사용하는 것이 50 중량부 미만이면 고분자 복합체의 가교결합이 저하되어 장기간 사용시 형태안정성이 약해지고, 그 사용량이 100 중량부를 초과하여 과량 사용되면 고분자 복합체내에 미반응 금속이온들 이 잔존하여 슬러지 가용화에 영향을 줄 수 있다. 또한 글루타알데히드 등의 가교제를 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.In the present invention, divalent metal ions which crosslink the polymer composite into a sphere are used by dissolving alkaline earth metals which provide divalent metal ions such as Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ in water or an organic solvent. In the present invention, the alkaline earth metal compound may preferably be calcium chloride, potassium chloride, magnesium chloride, etc., but may be used without limitation as long as it can provide metal ions. If the use of 50 to 100 parts by weight is less than 50 parts by weight, the crosslinking of the polymer composite is lowered, resulting in weak morphological stability when used for a long time. If the amount is used in excess of 100 parts by weight, unreacted metal ions remain in the polymer composite. May affect sludge solubilization. Moreover, it is also possible to mix and use crosslinking agents, such as glutaraldehyde.

본 발명에서 사용되는 가교결합을 형성할 수 있는 수산기를 갖는 고분자의 대표적인 예인 소디윰 알지네이트(sodium alginate)는 일명 알진(algin)이라고도 불리우며 김, 미역, 다시마 등 해초류에서 추출되는 폴리사카라이드의 일종으로서 독성이 없고 겔 형성 능력이 뛰어난 것으로 알려져 있으며 그 화학구조식은 다음 화학식 3과 같다.Sodium alginate, which is a representative example of a polymer having a hydroxyl group capable of forming crosslinks used in the present invention, is also called algin and is a kind of polysaccharide extracted from seaweeds such as laver, seaweed and kelp. It is known to have no toxicity and excellent gel forming ability, and the chemical formula is shown in the following Chemical Formula 3.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112005027667085-PAT00003
Figure 112005027667085-PAT00003

상기 화학식 3에서 알 수 있듯이 소디윰 알지네이트는 β-D-mannuronate와 α-L-guluronate unit 들이 1-4 glycosidic linkage에 의해 결합된 천연산 고분자 중합체로서 다음 반응식 1에 나타낸 봐와 같이 Ca2+, Mg2+, Sr2+, Ba2+ 등과 같은 알칼리토금속의 이가이온들과 강한 친화력을 나타내어 이가이온이 함유된 수용액내에서 이가이온들이 Na+ 이온과 치환되면서 신속히 가교결합하여 겔을 형성할 수 있다.As can be seen from the formula (3), Sodyan alginate is a natural polymer polymer β-D-mannuronate and α-L-guluronate units are bonded by 1-4 glycosidic linkage Ca 2+ , as shown in the following Scheme 1, It has strong affinity with divalent ions of alkaline earth metals such as Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+, etc., so that they can be rapidly crosslinked to form gels by substituting Na + ions in aqueous solution containing divalent ions. have.

[반응식 1]Scheme 1

Figure 112005027667085-PAT00004
Figure 112005027667085-PAT00004

따라서 본 발명의 항균제가 결합된 고분자 복합체의 구를 만들기 위한 반응예로 화학식 1에 나타낸 유기실리콘계 제4급 암모늄염의 일종인 3-(트리메톡시시릴)프로필 옥타데실다이메틸 암모늄클로라이드 및 화학식 3에 나타낸 가교결합을 형성할 수 있는 수산기를 갖는 고분자의 일종인 소디윰 알지네이트(sodium alginate)와의 반응에 의한 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 복합체로서 다음 반응식 2와 같다.Therefore, 3- (trimethoxysilyl) propyl octadecyldimethyl ammonium chloride, which is a kind of organosilicon-based quaternary ammonium salt shown in Formula 1, as a reaction example for making a sphere of the polymer composite to which the antimicrobial agent is bound to An organosilicon-based quaternary ammonium polymer composite by reaction with sodium alginate, which is a kind of polymer having a hydroxyl group capable of forming a crosslink, as shown in Scheme 2 below.

[반응식 2]Scheme 2

Figure 112005027667085-PAT00005
Figure 112005027667085-PAT00005

상기 반응식 2에서 확인할 수 있듯이, 유기실리콘계 제4급 암모늄염과 가교결합을 형성할 수 있는 수산기를 갖는 고분자를 용매에 용해하여 액상반응이 일어나도록 함으로써, 이들 상호간 공유결합 반응이 일어나도록 한다. 즉, 유기실리콘계 제4급 암모늄염은 용매인 물에 의하여 메톡시기가 해리되면서 수산기가 형성되고, 형성된 유기실리콘계 제4급 암모늄염의 수산기들은 고분자의 수산기와 반응하여 C-O-Si와 같은 공유결합이 이루어지면서 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 복합체가 형성된다. As can be seen in the reaction scheme 2, by dissolving a polymer having a hydroxyl group capable of forming a crosslink with the organosilicon-based quaternary ammonium salt in a solvent to cause a liquid phase reaction, these mutual covalent reaction occurs. That is, the organosilicon quaternary ammonium salt dissolves a methoxy group by water as a solvent, and a hydroxyl group is formed. The hydroxyl groups of the organosilicon quaternary ammonium salt formed react with a hydroxyl group of a polymer to form a covalent bond such as CO-Si. An organosilicon quaternary ammonium polymer composite is formed.

이상과 같이 형성된 고분자 복합체는 반응식 1에 나타낸 바와 같이 소디윰 알지네이트가 이가이온이 함유된 수용액상에서 쉽게 가교되는 특성을 이용하여 도 2에 나타낸 방법으로 가교결합된 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 복합체구를 만든다.The polymer composite formed as described above is an organosilicon-based quaternary ammonium polymer composite sphere cross-linked by the method shown in FIG. 2 using the property that sodibine alginate is easily crosslinked in an aqueous solution containing divalent ion as shown in Scheme 1. Make

도 2에서 보는 바와 같이 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 복합체 상호간에 이가이온 수용액 상에서 이온결합 형성에 의한 가교결합이 일어나 일정한 크기의 구를 만들 수 있다. 상세히 설명하면 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 복합체의 알지네이트 부분에 있는 CH2COONa-기들 사이에 양이온인 이가이온들이 Na와 치환되면서 상호 결합하여 CH2COO-Ca-OOCCH2와 같은 이온결합이 이루어지면서 견고한 가교결합된 유기실리콘계 제4급 암모늄화 고분자 복합체를 만들어 준다. 또한 미반응 부분으로 남아 있는 유기실리콘계 제4급 암모늄 부분의 수산기들 사이에 화학적 반응이 일어나 Si-O-Si와 같은 공유결합이 형성하게 되는데 그 형상을 다음 도 3에 나타내었다. As shown in FIG. 2, crosslinking may occur due to the formation of ionic bonds in an aqueous solution of divalent ionic ion between the organosilicon-based quaternary ammonium polymer composites to form spheres having a constant size. In detail, ionic ions, which are cations, are bonded to each other by substitution of Na between CH2COONa - groups in the alginate portion of the organosilicon quaternary ammonium polymerized polymer complex to form an ionic bond such as CH 2 COO-Ca-OOCCH 2. To make a cross-linked organosilicon quaternary ammonium polymer composite. In addition, a chemical reaction occurs between the hydroxyl groups of the organosilicon quaternary ammonium moiety remaining as an unreacted portion to form a covalent bond such as Si-O-Si, which is shown in FIG. 3.

따라서, 본 발명의 고분자 복합체를 가교결합한 후 슬러지에 처리하게 되면 C-O-Si, -COO-Ca-OOC, 및 Si-O-Si 등과 같은 공유결합들로 인하여 슬러지와 같은 수용액상에서 분해되지도 않으며 또한 항균력을 나타내는 제4급 암모늄 부분이 탈락되지도 않는 형태안정성 내구성이 매우 큰 장점이 있다.Therefore, when the polymer composite of the present invention is cross-linked and treated with sludge, it is not decomposed in an aqueous solution such as sludge due to covalent bonds such as CO-Si, -COO-Ca-OOC, and Si-O-Si. The quaternary ammonium moiety, which exhibits antimicrobial activity, does not drop off.

본 발명은 상기와 같이 제조된 고분자 복합체구를 이용하여 슬러지를 가용화시키는 방법도 포함되며, 본 발명의 고분자 복합체를 슬러지에 처리하는 경우 가열하지 않고 상온에서도 슬러지의 가용화가 크게 향상될 뿐만 아니라 연속적으로 슬러지를 처리할 때도 고분자 복합체의 공유결합들로 인하여 고분자 복합체를 구성하는 성분들이 탈락되지 않아서, 그 가용화 효과를 지속적으로 발휘할 수 있다.The present invention also includes a method for solubilizing the sludge using the polymer composite sphere prepared as described above, when treating the sludge with the polymer composite of the present invention, the solubilization of the sludge is not only significantly improved at room temperature without heating, but continuously Even when the sludge is treated, the components constituting the polymer composite are not dropped due to the covalent bonds of the polymer composite, so that the solubilization effect can be continuously exerted.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to Examples.

[실시예 1]Example 1

소디윰 알지네이트를 상온에서 증류수에 용해하여 3%(w/v) 고분자 용액을 만들었다. 그리고, 유기실리콘계 제4급 암모늄염으로서의 3-(트리메톡시실릴)프로필디메틸옥타데실암모늄 클로라이드가 메탄올에 42%(w/v)로 용해되어 있는 용액을 2%(w/v)로 상기 고분자 용액에 첨가하고 3시간 상온에서 교반 및 반응시켜 4급 암모늄화 알지네이트를 합성하였다. 5%(w/v)의 칼슘 클로라이드 수용액에 합성된 4급 암모늄화 알지네이트를 실린지를 이용하여 한 방울씩 떨어뜨려 가교화 반응을 통한 구가 만들어지도록 한 후, 완성된 4급 암모늄화 알지네이트 구를 60℃의 증류수에 넣고 1시간 가교 및 공유결합을 견고히 하였다. 이렇게 완성된 구를 증류수로 수회 세척하여 미반응 물질들을 완전히 제거하였다. Sodib alginate was dissolved in distilled water at room temperature to form a 3% (w / v) polymer solution. And the polymer solution of 2% (w / v) in a solution in which 3- (trimethoxysilyl) propyldimethyloctadecylammonium chloride as an organosilicon quaternary ammonium salt is dissolved in methanol at 42% (w / v). To the mixture was stirred and reacted at room temperature for 3 hours to synthesize quaternary ammonium alginate. After dropping the quaternary ammonium alginate synthesized in a 5% (w / v) aqueous solution of calcium chloride using a syringe, drop the droplets to form a sphere through the crosslinking reaction, and then complete the quaternary ammonium alginate sphere It was put in distilled water at 60 ℃ and the crosslinking and covalent bond was firm for 1 hour. The finished sphere was washed several times with distilled water to completely remove the unreacted materials.

상기 복합체구의 평균입경은 5 mm이었다.The average particle diameter of the composite sphere was 5 mm.

[실시예 2]Example 2

카라기난을 상온에서 증류수에 용해하여 3%(w/v) 고분자 용액을 만들었다. 그리고, 유기실리콘계 제4급 암모늄염으로서의 3-(트리메톡시실릴)프로필디메틸옥타데실암모늄 클로라이드가 메탄올에 42%(w/v)로 용해되어 있는 용액을 2%(w/v)가 되도록 상기 고분자 용액에 첨가하고 3시간 상온에서 교반 및 반응시켜 4급 암모늄화 카라기난을 합성하였다. 그런 다음, 카르기난의 가교반응의 목적으로 5%(w/v)의 포타시윰 클로라이드 용액에 합성된 4급 암모늄화 카르기난을 실린지를 이용하여 한 방울씩 떨어뜨려 가교화 반응을 통한 구가 만들어지도록 한 후, 가교결합된 4급 암모늄화 카르기난 구를 60℃의 증류수에 넣고 1시간 가교 및 공유결합을 견고히 하였다. 이렇게 완성된 비드를 증류수로 수회 세척하여 미반응 물질들을 완전히 제거하였다. Carrageenan was dissolved in distilled water at room temperature to form a 3% (w / v) polymer solution. The polymer is prepared so that the solution of 3- (trimethoxysilyl) propyldimethyloctadecylammonium chloride as an organosilicon quaternary ammonium salt is dissolved in methanol at 42% (w / v) to 2% (w / v). Quaternary ammonium carrageenan was synthesized by adding to the solution and stirring and reacting at room temperature for 3 hours. Then, for the purpose of crosslinking of the carrageenan, the quaternary ammonium-carrageenan synthesized in a 5% (w / v) solution of potashyan chloride was dropped drop by drop using a syringe, and the resultant After being made, the crosslinked quaternary ammonium carrageenan spheres were placed in distilled water at 60 ° C. to crosslink and covalently bond for 1 hour. The finished beads were washed several times with distilled water to completely remove the unreacted materials.

상기 복합체구의 평균입경은 5 mm이었다.The average particle diameter of the composite sphere was 5 mm.

[실시예 3]Example 3

중합도 1500의 폴리비닐알코올을 증류수에 용해하여 3%(w/v) 고분자 용액을 만들었다. 그리고, 유기실리콘계 제4급 암모늄염으로서의 3-(트리메톡시실릴)프로필디메틸옥타데실암모늄 클로라이드가 메탄올에 42%(w/v)로 용해되어 있는 용액을 2%(w/v)가 되도록 상기 고분자 용액에 첨가하고 3시간 상온에서 교반 및 반응시켜 4급 암모늄화 폴리비닐알코올를 합성하였다. 그런 다음, 폴리비닐알코올의 가교반응의 목적으로 10%(w/w) 마그네슘 클로라이드수용액 2 중량%와 35%(w/w) 글루타알데히드수용액 1 중량%가 혼합된 용액에 합성된 4급 암모늄화 폴리비닐알코올를 실린지를 이용하여 한 방울씩 떨어뜨려 가교화 반응을 통한 구가 만들어지도록 한 후, 가교결합된 4급 암모늄화 폴리비닐알코올 비드를 60℃의 증류수에 넣고 1시간 가교 및 공유결합을 견고히 하였다. 이렇게 완성된 비드를 증류수로 수회 세척하여 미반응 물질들을 완전히 제거하였다. Polyvinyl alcohol having a polymerization degree of 1500 was dissolved in distilled water to prepare a 3% (w / v) polymer solution. The polymer is prepared so that the solution of 3- (trimethoxysilyl) propyldimethyloctadecylammonium chloride as an organosilicon quaternary ammonium salt is dissolved in methanol at 42% (w / v) to 2% (w / v). A quaternary ammonium polyvinyl alcohol was synthesized by adding to the solution and stirring and reacting at room temperature for 3 hours. Then, quaternary ammonium synthesized in a mixed solution of 2% by weight aqueous 10% (w / w) magnesium chloride solution and 35% (w / w) glutaaldehyde aqueous solution for the purpose of crosslinking of polyvinyl alcohol After dropping the polyvinyl alcohol drop by drop using a syringe to form a sphere through the crosslinking reaction, the crosslinked quaternary ammonium polyvinyl alcohol beads were placed in distilled water at 60 ° C. for 1 hour for crosslinking and covalent bonding. Solidified. The finished beads were washed several times with distilled water to completely remove the unreacted materials.

상기 복합체구의 평균입경은 5 mm이었다.The average particle diameter of the composite sphere was 5 mm.

[실험예 1]: FTIR(Fourier Transform Infrared Spectrophotometer) 분석유기실리콘계 제4급 암모늄염 과 고분자와의 고분자 복합체가 형성되었는가를 확인하기 위하여 FTIR 분석을 행하였다. 본 발명에 따른 실시예 1의 고분자 복합체 형성을 확인하기 위하여 우선, 가교결합된 가교결합된 유기실리콘계 제4급 암모늄화 알지네이트 구를 물로 수회 세척하여 미반응 물질들을 완전히 제거한 다음 동결건조시켜 FTIR 분석을 행하였다. 상기 조사 결과를 도 4에 나타내었다.[Experimental Example 1]: Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR) Analysis A FTIR analysis was performed to determine whether a polymer complex of an organic silicon-based quaternary ammonium salt and a polymer was formed. In order to confirm the formation of the polymer composite of Example 1 according to the present invention, first, the crosslinked crosslinked organosilicon-based quaternary ammonium alginate spheres were washed several times with water to completely remove unreacted materials and then lyophilized to perform FTIR analysis. It was done. The results of the investigation are shown in FIG. 4.

도 4에서 확인할 수 있듯이 유기실리콘계 제4급 암모늄 클로라이드에서는 긴 알킬사슬(C18H37)에 기인하는 특성피크가 2800-2900 cm-1에서 크게 나타난 반면에 소디윰 알지네이트에서는 이 알킬 피크가 거의 나타나지 않고 3400 cm-1에서의 수산기에 기인하는 특성 피크가 나타나고 있다는 것을 알 수 있다. 그러나 가교결합된 유기실리콘계 제4급 암모늄화 알지네이트에서는 3400 cm-1에서의 수산기에 기인하는 특성 피크이외에도 2800-2900 cm-1에서 유기실리콘계 제4급 암모늄의 긴 알킬사슬(C18H37)에 기인하는 특성피크가 동시에 나타남으로 유기실리콘계 제4급 암모늄과 소디윰 알지네이트 사이에 복합체가 형성되었음을 확인할 수 있었다.As can be seen in FIG. 4, in the silicon-based quaternary ammonium chloride, the characteristic peak attributable to the long alkyl chain (C 18 H 37 ) is large at 2800-2900 cm −1 , whereas in Sodyan alginate, this alkyl peak is almost absent. It can be seen that a characteristic peak attributable to the hydroxyl group at 3400 cm −1 is shown. However, in the crosslinked organosilicon quaternary ammonium alginate, in addition to the characteristic peak attributable to hydroxyl groups at 3400 cm −1 , the long alkyl chain (C 18 H 37 ) of organosilicon quaternary ammonium at 2800-2900 cm −1 Due to the characteristic peaks appearing at the same time, it was confirmed that a complex was formed between the organosilicon quaternary ammonium and the sodium alginate.

[실험예 2] 슬러지 가용화 실험Experimental Example 2 Sludge Solubilization Experiment

본 발명에 따른 실시예 1-3의 슬러지 가용화 효과를 알아보기 위해서 50 v/v%의 가교결합된 구를 슬러지에 상온에서 처리하여 시간에 따른 가용화 효과를 S-COD를 통해 알아보았다. 비교예로는 종래의 슬러지 가용화 방법 중의 하나인 알칼리 처리 방법을 선택하여 슬러지의 pH를 10으로 맞추어 슬러지 가용화 정도를 알아보았다.In order to determine the sludge solubilization effect of Example 1-3 according to the present invention, the solubilization effect over time was examined through S-COD by treating the sludge with 50 v / v% of crosslinked spheres at room temperature. As a comparative example, an alkali treatment method, which is one of the conventional sludge solubilization methods, was selected to determine the sludge solubilization degree by adjusting the pH of the sludge to 10.

그 결과를 표 1에 나타내었다.The results are shown in Table 1.

[표 1]TABLE 1

Figure 112005027667085-PAT00006
Figure 112005027667085-PAT00006

상기 표 1에서 확인 할 수 있듯이 본 발명의 가교결합된 유기실리콘계 고분자 복합체구로 처리한 슬러지들의 가용화가 상온임에도 불구하도 비교예 보다 월등히 높음을 알 수 있고, 또한 처리 시간이 길면 길수록 가용화 효과도 높음을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, even though the solubilization of the sludge treated with the cross-linked organosilicon polymer composite sphere of the present invention is room temperature, it can be seen that it is much higher than the comparative example, and the longer the treatment time, the higher the solubilization effect. Able to know.

[실험예 3] 장기적 슬러지 가용화 지속성 실험Experimental Example 3 Long-term Sludge Solubilization Persistence Experiment

장기적인 슬러지 가용화 효과를 조사하기 위하여 실시예 1에 따른 고분자 복합체구를 이용하여 50 v/v%의 가교결합된 구를 슬러지에 상온에서 3 시간씩 10회 처리하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.In order to investigate the long-term sludge solubilization effect, 50 v / v% cross-linked spheres were treated with sludge 10 times at room temperature for 10 hours using the polymer composite sphere according to Example 1, and the results are shown in Table 2.

[표 2]TABLE 2

Figure 112005027667085-PAT00007
Figure 112005027667085-PAT00007

상기 표 2에서 확인 할 수 있듯이 본 발명의 가교결합된 유기실리콘계 고분자 복합체구에 의한 시료인 실시예 1은 상온에서 슬러지에 3시간씩 10회 반복 처리시에도 S-COD 값이 균일하게 나타남을 알 수 있어서, 본 발명의 가교결합된 고분자 복합체구가 내구성이 우수하고, 장기간 슬러지 가용화 효과를 보유 할 수 있음을 알 수 있었다.As can be seen in Table 2, Example 1, which is a sample of the cross-linked organosilicon polymer composite sphere of the present invention, shows that the S-COD value appears uniformly even after 10 times of treatment for 3 hours in sludge at room temperature. In this regard, it was found that the crosslinked polymer composite sphere of the present invention is excellent in durability and may have a long-term sludge solubilization effect.

본 발명에 따른 복합체구를 슬러지에 적용하는 경우에 가열하지 않고 저온에서도 슬러지의 가용화 효율이 획기적으로 개선될 뿐만 아니라 장시간 반복 사용할 때에도 구가 분해되지 않고 그 형태 안정성 유지되고 또한 고분자에 결합되어 있는 제4급 암모늄의 탈락 없이 가용화 효율을 지속적으로 발휘할 수 있는 효과가 있다.In the case of applying the composite sphere according to the present invention to sludge, not only the solubilization efficiency of the sludge is significantly improved even at low temperature without heating, and the sphere is not decomposed even after repeated use for a long time. It is effective to continuously exert solubilization efficiency without dropping quaternary ammonium.

Claims (14)

유기실리콘계 제4급 암모늄염과 수산기를 갖는 고분자를 혼합한 4급 암모늄화 고분자 복합체를 금속 이온에 의해 가교시킨 고분자 복합체구.A polymer composite sphere in which a quaternary ammonium polymer composite in which an organosilicon quaternary ammonium salt and a polymer having a hydroxyl group are mixed is crosslinked with a metal ion. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염은 하기 화학식 2인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구.The organosilicon quaternary ammonium salt is a polymer composite sphere characterized in that the formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112005027667085-PAT00008
Figure 112005027667085-PAT00008
(a+b=4, a>2, b>1 이며, R1은 C1~C3 알킬기이고, R2는 C1~C25의 선형 또는 분지형의 알킬기, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1 ~ C12의 지방족 또는 방향족 탄화수소이며, X는 Br 또는 Cl이다.)(a + b = 4, a> 2, b> 1, R 1 is a C 1 to C 3 alkyl group, R 2 is a C 1 to C 25 linear or branched alkyl group, R 3 , R 4 and R 5 are each independently C 1 to C 12 aliphatic or aromatic hydrocarbons, and X is Br or Cl.)
제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염은 3-(트리메톡시시릴)프로필 옥타데실다이메틸 암모늄클로라이드인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구.The organosilicon quaternary ammonium salt is a polymer composite sphere, characterized in that 3- (trimethoxysilyl) propyl octadecyldimethyl ammonium chloride. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 수산기를 갖는 고분자는 소디윰 알지네이트, 카라기난, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴액시드, 폴리메타아크릴액시드, 폴리비닐알킬이서, 폴리에틸렌글리콜, 폴리하이드록시에틸메타아크릴레이트에서 선택되는 어느 하나이상인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구.The polymer having a hydroxyl group is any one or more selected from sodium alginate, carrageenan, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyvinyl alkyl, polyethylene glycol, polyhydroxyethyl methacrylate. A polymer composite sphere made of. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염 100 중량부에 대하여 50 ~ 500 중량부의 수산기를 갖는 고분자를 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구.Polymer composite sphere, characterized in that for use with a polymer having a hydroxyl group of 50 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the organosilicon quaternary ammonium salt. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 금속 이온은 2가 금속 화합물을 수용액으로 제조하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구.The metal ion is a polymer composite sphere, characterized in that to use a divalent metal compound prepared in an aqueous solution. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 2가 금속 화합물은 칼슘클로라이드, 포타시윰 클로라이드, 마그네슘클 로라이드에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구.The divalent metal compound is a polymer composite sphere, characterized in that any one selected from calcium chloride, potashyan chloride, magnesium chloride. 1) 수산기를 갖는 고분자를 물에 용해하여 고분자용액을 제조하는 단계;1) dissolving a polymer having a hydroxyl group in water to prepare a polymer solution; 2) 유기실리콘계 제4급 암모늄염을 유기용매에 용해하는 단계;2) dissolving the organosilicon quaternary ammonium salt in an organic solvent; 3) 상기 2)단계에서 제조된 용액을 1)단계의 고분자 용액에 첨가하여 상온에서 반응시키는 단계;3) adding the solution prepared in step 2) to the polymer solution of step 1) and reacting at room temperature; 4) 2가 금속이온 수용액에 상기 3)단계의 4급 암모늄화 고분자 복합체 용액을 투입 후 교반하여 고분자 복합체구를 형성하는 단계;4) adding a quaternary ammoniumated polymer composite solution of step 3) to a divalent metal ion solution and stirring to form a polymer composite sphere; 5) 상기 제조된 고분자 복합체구를 증류수에 넣고 40 ~ 80 ℃에서 10 ~ 120 분간 열처리하는 단계;5) putting the prepared polymer composite sphere in distilled water and heat-treated for 10 to 120 minutes at 40 ~ 80 ℃; 로 제조되는 고분자 복합체구의 제조방법.Method for producing a polymer composite sphere prepared by. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염은 하기 화학식 2인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구의 제조방법.The organosilicon quaternary ammonium salt is a method for producing a polymer composite sphere characterized in that the formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112005027667085-PAT00009
Figure 112005027667085-PAT00009
(a+b=4, a>2, b>1 이며, R1은 C1~C3 알킬기이고, R2는 C1~C25의 선형 또는 분지형의 알킬기, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 C1 ~ C12의 지방족 또는 방향족 탄화수소이며, X는 Br 또는 Cl이다.)(a + b = 4, a> 2, b> 1, R 1 is a C 1 to C 3 alkyl group, R 2 is a C 1 to C 25 linear or branched alkyl group, R 3 , R 4 and R 5 are each independently C 1 to C 12 aliphatic or aromatic hydrocarbons, and X is Br or Cl.)
제 9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염은 3-(트리메톡시시릴)프로필 옥타데실다이메틸 암모늄클로라이드이고, 상기 수산기를 갖는 고분자는 소디윰 알지네이트, 카라기난, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴액시드, 폴리메타아크릴액시드, 폴리비닐알킬이서, 폴리에틸렌글리콜, 폴리하이드록시에틸메타아크릴레이트에서 선택되는 어느 하나이상인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구의 제조방법.The organosilicon-based quaternary ammonium salt is 3- (trimethoxysilyl) propyl octadecyldimethyl ammonium chloride, and the polymer having a hydroxyl group is sodium alginate, carrageenan, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polymethacrylic liquid Seed, polyvinyl alkyl, a method for producing a polymer composite sphere, characterized in that any one or more selected from polyethylene glycol, polyhydroxyethyl methacrylate. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 유기실리콘계 제4급 암모늄염 100 중량부에 대하여 50 ~ 500 중량부의 수산기를 갖는 고분자를 사용하는 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구의 제조방법.A method for producing a polymer composite sphere, characterized in that a polymer having a hydroxyl group of 50 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the organosilicon quaternary ammonium salt. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 2가 금속이온은 알칼리토금속 화합물인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구의 제조방법.The divalent metal ion is a method for producing a polymer composite sphere, characterized in that the alkaline earth metal compound. 제 12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 2가 금속이온은 칼슘클로라이드, 포타시윰 클로라이드, 마그네슘클로라이드에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고분자 복합체구.The divalent metal ion is a polymer composite sphere, characterized in that any one selected from calcium chloride, potashyan chloride, magnesium chloride. 제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항의 고분자 복합체구를 슬러지에 투입하여 가용화하는 것을 특징으로 하는 슬러지 가용화방법.Sludge solubilization method characterized in that the polymer composite sphere of any one of claims 1 to 7 is added to the sludge solubilizing.
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