KR20080094448A - 수용성 고분자 수용액으로부터 제조되는 친환경 액상제설제 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 액상 제설제의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포타슘 포메이트 8∼19 중량%, 디마그네슘 숙시네이트 4∼12 중량%, 소듐 하이드로겐 카보네이트 2∼7 중량%, 폴리비닐 피로리돈 1∼5 중량%, 1,2,3-프로판트리올 5∼17 중량%, 분산제 0.1∼2 중량% 및 소듐 알지네이트 수용성 고분자 수용액 45∼75 중량%를 포함하는 친환경 액상 제설제 조성물에 관한 것이다.

상기 액상 제설제 조성물은 환경에 해가 없는 유기 및 무기물질들 간의 최적의 조합비를 가지며, 부식성이 없으며 토양을 오염시키지 않고, 재결빙이 안되고 액상형태로서 보관이 용이하며 눈이나 얼음 표면에 잔류하여 지속적으로 반응하여 그 효과가 장시간 지속되어 경제적이고, 미끄럼 저항성이 크며 살수가 용이하고 제설, 제빙, 재결빙 방지 등의 기능을 수행할 수 있으며, 수입대체 효과를 거둘 수 있는 유용한 친환경 액상 제설제 조성물이다.

수용성 고분자, 액상 제설제, 소듐 알지네이트, 폴리비닐 피로리돈

Description

수용성 고분자 수용액으로부터 제조되는 친환경 액상 제설제 조성물{COMPOSITION FOR LIQUID TYPE DEICER PREPARED BY AQUEOUS SOLUTION OF WATER SOLUBLE POLYMERS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액상 제설제의 제조과정을 도시한 공정도이다.

도 2는 수돗물에 못을 침지시킨 후 부식 발생 여부를 보여주는 사진이다.

도 3은 실시예 1의 액상 제설제 조성물에 못을 침지시킨 후 부식 발생 여부를 보여주는 사진이다.

도 4는 실시예 1의 액상 제설제 조성물을 이용하여 제설 작업을 수행함을 보여주는 사진이다.

도 5는 제설 작업 후 도로 상태를 보여주는 사진이다.

본 발명은 친환경 액상 제설제의 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환경에 해가 없는 유기 및 무기물질들 간의 최적의 조합비를 포함하여, 부식성이 없으며 토양을 오염시키지 않고, 재결빙이 안되고 액상형태로서 보관이 용이하며 눈이나 얼음 표면에 잔류하여 지속적으로 반응하여 그 효과가 장시간 지속되어 경제적이며, 살수가 용이하고 제설, 제빙, 재결빙 방지 등의 기능을 수행할 수 있으며 수입대체 효과를 거둘 수 있는 유용한 친환경 액상 제설제 조성물에 관한 것이다.

일반적으로, 제설용 제품들은 식염(염화나트륨), 염화칼슘 및 염화마그네슘 등의 염화물계와 칼슘 마그네슘 아세테이트(CMA), CMO(Calcium Magnesium of Organic acids) 및 요소가 있는데 이 중에서 가격이 저렴하다는 이유로 염화물계 제설제를 가장 많이 사용하고 있다.

염화물계 제설제품류는 강한 독성이나 부식성 등으로 자동차, 시설구조물 및 생태계에 막대한 악영향을 초래하고 있으나 이를 대체할 제품은 미비한실정이다. 또한 염화칼슘, 식염이 갖는 강한 부식성 때문에 도로(콘크리트, 아스팔트), 교량, 차량, 시설구조물 등의 내구성 저하 그리고 지하수, 하천 및 토양오염 등으로 생태계에 막대한 영향을 초래하고 있어 선진국에서는 환경을 보호하고 신속한 제설작업이 가능한 친환경 개발에 심혈을 기울이고 있는 실정이다.

예를 들어 북유럽 노르딕 연합체인 노르웨이, 스웨덴, 핀란드, 덴마크 등의 국가에서 친환경 제설제품 환경기준치인 Swan Mark(Eco Environment-Friendly)를 도입, 친환경 제설제에 대한 기준안을 만들어 시행중에 있다. 또한 중국 베이징 및 하얼빈시는 염화칼슘 및 식염 사용을 금지하는 법령을 공포하여 2004년부터 시행하고 있다.

한편 우리나라도 2007년 2월부터 건설교통부의 권고안으로 상수원 보호지역에 염화칼슘 사용을 금지하는 안을 2007년 1월 22일 발표하였으며 환경부에서는 2007년 12월부터 상수원보호지역, 생태지역, 유물보존 지역 등에 염화칼슘 사용을 금지하고 친환경 제설제를 사용하는 시행령을 준비하고 있다.

더욱 구체적으로 세계 각국에서 현재까지 사용되고 있는 제설제와 제설방법을 살펴보면, 미국의 경우는 주로 영상에서 영하 5℃까지의 기온에서는 암염과 부순 모래를 섞어서 사용하며, 영하 5℃ 미만일 경우에는 암염의 양을 줄이거나 염화칼슘을 부순 모래와 섞어서 사용하거나 CMA 및 CMO 제품군을 사용하고 있으나 이는 가격이 매우 고가이다. 특히 미국 CMD 사의 초산계열의 알칼리계 고체 제설제는 융빙 속도가 느리고 공항 등 특수지역에만 국한되어 사용되며 가격이 매우 고가이다.

독일의 경우는 주로 습윤식 소금 살포방식(소금 + 소금물)을 사용하고 있으며 특히 Clariant 사의 초산계열의 제설제가 유명하나 사용지역의 주로 공항 등 특수산업지역에 국한되어 사용되며 가격이 매우 비싸다는 문제점을 안고 있다.

캐나다의 경우에는 주로 소금을 사용하고 있으며 노면 동결 등 필요시 모래를 사용한다.

스웨덴의 경우에는 지난 5년간 연 평균 20만 톤의 소금만을 사용하였으나 최근 소금의 양을 줄여가는 추세이며 친환경 제설제 개발을 적극 권장하고 있는 실정이다.

스위스의 경우에는 소금과 소금용액을 혼합하여 주로 살포하고 있으며 산악부 및 도시부 보도는 모래를 살포하고 있다. 요구 서비스 수준이 높은 도로에는 사전에 동결방지제를 살포하고 있으며, 특히 교량부에 자동 제빙제 살포 시스템을 시범 설치하여 운영하고 있다.

일본의 경우에는 동절기 다설(多雪)/한랭 지역의 도로교통을 확보하기 위한 특별법을 마련하여 대상 노선을 지정 시행하고 있다. 특히 슬러시 제거장비, 풍력 등을 이용한 융설 시설, 폐열을 이용한 고온수 살포융설 시설의 신기술을 개발하였다.

국내에서는 일반적으로 제설에는 염화칼슘, 염화나트륨 등 염화물계 고체 제설제를 사용하고 있는데, 염화물계 특유의 강한 독성으로 인해 시설물, 구조물은 물론 차량 등에 직접 부식작용을 일으키고 용해액으로 인해 강과 하천 토지의 오염 등 환경 파괴가 심각한 실정이다. 또한, 이 같은 고체 염화물계 제설제의 과다 사용 및 모래를 동시에 살포함으로 인해 사후 청소작업이 필요하여 고비용을 지출하는 문제점을 안고 있다.

구체적으로, 염화칼슘이나 염화나트륨은 염화이온(Cl-)이 존재하므로 철(Fe)과 반응하면 급격히 염화철(FeCl2)를 형성해 자동차, 철근, 철골 구조물을 심각하게 부식시킨다.

또한, 용해된 염화칼슘이 토양 및 하천으로 유입됨으로써 발생되는 피해는 도로, 토양 산성화에 의한 환경(도로주위의 생물, 상수원, 수질, 가로수 등) 오염의 주범 으로 그 피해의 정도는 액수로 계산할 수조차 없는 실정이다.

이와 같은 기존 제설제의 문제점을 고려하여 대체 물질들이 개발되었는데, 일예로 요소(urea), 칼슘 마그네슘 아세테이트(CMA), CMO, 초산계열, 염화물계통의 LS40(일본에서 제조되는 염화물계 상품명, 염화칼슘과 소금에 비해 부식성이 낮음) 등을 들 수 있으나 이들 대체 물질들은 가격이나 효율적인 측면에서 완성도가 약해 완전 상용화가 되었다고는 볼 수 없다. 또한 상기에서 언급한 요소, 초산계열, CMA, CMO 및 염화물계 제설제들은 저분자량 물질을 주성분으로 하고 있어 구성성분들을 바인딩 해주는 역할을 기대하기 어렵고 미끄럼 저항성이 낮아 제설제로서의 충분한 능력을 발휘하는데 한계가 있다. 그러나 구성성분 중 환경에 무해한 수용성 고분자를 도입한다면 이를 해결 할 수 있으리라 사료되어 본 발명을 완성하게 되었다.

이에 본 발명자들은 종래 제설제로 주로 사용되는 염화칼슘이나 염화나트륨 등 염화물계 고체 제설제의 문제점을 해결할 수 있고 요소, CMA, CMO 제품군의 느린 융빙속도와 가격이 고가라는 문제점을 해결할 수 있으며, 기존 제설제 구성 성분 대부분이 저분자량 물질로서 부식방지 및 빙점강하제 역할은 수행하지만 미끄럼방지 및 바인더 역할을 할 수 없다는 단점을 보완하기위해 수용성 고분자를 중심으로 대체 제설제를 개발하기 위해 연구 노력한 결과, 포타슘 포메이트, 디마그네슘 숙시네이트, 소듐 하이드로겐 카보네이트, 폴리비닐 피로리돈, 1,2,3-프로판트리올, 분산제 및 소듐 알지네이트 수용액을 서로 혼합하여 액상으로 제조한 결과, 부식성이 없고 환경 친화적이며 재결빙이 안되고 보관이 용이하며 반응시간이 지속적이어 경제적일 뿐만 아니라 제설, 제빙, 재결빙 방지 등의 효과를 동시에 얻을 수 있고 미끄럼 저항성 크며 수입에 의존하는 고급의 제설제를 대체할 수 있는 효과를 달성할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 염화이온을 함유하고 있지 않아 부식성이 없으며 토양을 오염시키지 않고, 재결빙이 안되고 액상형태로서 보관이 용이하며 눈이나 얼음 표면에 잔류하여 지속적으로 반응하여 그 효과가 장시간 지속되어 경제적이며, 살수가 용이하고 제설, 제빙, 재결빙 방지 등의 기능을 수행할 수 있으며 미끄럼 저항성이 크고 수입대체 효과를 거둘 수 있는 친환경 액상 제설제 조성물을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은

포타슘 포메이트 8∼19 중량%,

디마그네슘 숙시네이트 4∼12 중량%,

소듐 하이드로겐 카보네이트 2∼7 중량%,

폴리비닐 피로리돈 1∼5 중량%,

1,2,3-프로판트리올 5∼17 중량%,

분산제 0.1∼2 중량%, 및

소듐 알지네이트 수용성 고분자 수용액 45∼75 중량%

를 포함하는 친환경 액상 제설제 조성물을 제공한다.

이하 본 발명에 따른 친환경 액상 제설제 조성물을 각 조성별로 더욱 상세히 설명한다.

상기 친환경 액상 제설제 조성물은 바인더로 특히 환경에 무해한 수용성 고분자를 도입하여 부식성이 없으며 토양을 오염시키지 않는 잇점이 있다. 이와 더불어 유기 및 무기물질들 간 최적의 조합비를 갖도록 그 함량을 제어함으로써 각 성분이 가지고 있는 잇점 뿐만 아니라 상기 함량 제어에 따른 상승 효과를 얻을 수 있다. 더욱이 제설제로서 가져야할 특성, 즉 재결빙이 안되고 액상형태로서 보관이 용이하며 눈이나 얼음 표면에 잔류하여 지속적으로 반응하여 그 효과가 장시간 지속되어 경제적이며, 살수가 용이하고 제설, 제빙, 재결빙 방지 등의 기능을 수행할 수 있으며 미끄럼 저항성이 크고 수입대체 효과를 거둘 수 있다.

구체적으로 본 발명의 친환경 액상 제설제 조성물은 포타슘 포메이트, 디마그네슘 숙시네이트, 소듐 하이드로겐 카보네이트, 폴리비닐 피로리돈, 1,2,3-프로판트리올, 분산제 및 수용성 고분자인 소듐 알지네이트 수용액을 포함한다.

먼저, 제1성분인 포타슘 포메이트(potassium formate)는 친환경 액상 제설제 조성물의 어는점을 강하시키고 융빙제의 역할을 한다.

상기 포타슘 포메이트의 함량은 전체 조성물 내 8∼19 중량%, 바람직하게는 10∼17 중량%, 더욱 바람직하게는 11∼15 중량%로 사용한다. 만일 전체 조성 내 그 함량이 상기 범위 미만이면 조성물 내 융빙 역할이 미약하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하는 경우 초과면 염기성이 강하게 나타나 후속에서 설명되는 수용성 고분자인 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 용출시킬 우려가 있다.

제2성분인 디마그네슘 숙시네이트(dimagnesium succinate)는 제1성분인 포타슘 포메이트의 융빙제의 역할을 도와주는 융빙 촉진제로 작용한다.

상기 디마그네슘 숙시네이트의 함량은 전체 조성물 내 4∼12 중량%, 바람직하게는 5∼10 중량%, 더욱 바람직하게는 6∼9 중량%로 사용한다. 만일 전체 조성 내 그 함량이 상기 범위 미만이면 융빙 촉진 작용이 거의 나타나지 않고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 조성물의 산성도가 증가하고 부식성이 야기되는 문제가 생길 수 있다.

이러한 디마그네슘 숙시네이트는 직접 제조하거나 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있으며, 본 발명에서 한정하지는 않는다. 대표적으로 마그네슘 하이드록사이드와 숙신산(succinic acid)을 이용하여 제조가 가능하다.

제3성분인 소듐 하이드로겐 카보네이트(Sodium hydrogen carbonate)는 본 발명의 친환경 액상 제설제 조성물이 자동차, 도로(콘크리트, 아스팔트), 교량, 차량, 시설 구조물과 접촉하더라도 이들의 부식을 방지하는 부식 방지제의 역할을 한다. 이러한 특성은 상기 구조물들의 내구성과 관련되어 제설제로서 고려되어야할 사항 이다.

본 발명에서 상기 소듐 하이드로겐 카보네이트의 함량은 전체 조성물 중 2∼7 중량%, 바람직하게는 3∼6 중량%, 더욱 바람직하게는 3∼5 중량%로 사용한다. 만일 그 함량이 상기 범위 미만이면 부식 방지에 큰 효과가 없어 자동차나 도로 등에 액상 제설제 조성물을 도포하는 경우 부식이 발생하여 그 내구성이 저하된다. 이와 반대로 함량이 상기 범위를 초과하면 소듐 하이드로겐 카보네이트의 과도한 사용으로 인해 오히려 어는점 강하를 방해하는 문제가 있을 수 있으므로, 상기 범위 내에서 적절히 사용한다.

제4성분인 폴리비닐 피로리돈(poly vinyl pyrrolidone)은 친환경 액상 제설제 조성물을 도로를 비롯한 각종 구조물에 살포하는 경우 상기 구조물로부터의 조성물의 미끄럼을 방지하는 마찰제 역할을 한다.

상기 폴리비닐 피로리돈의 함량은 전체 조성물 중 1∼5 중량%, 바람직하게는 1∼3 중량%로 사용한다. 만일 그 함량이 상기 범위 미만이면 마찰제로서의 기여를 거의 못하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 조성물 전체의 점성이 너무 커져 살포가 어려워지는 문제가 생길 수 있다.

제5성분인 1,2,3-프로판트리올은 친환경 액상 제설제 조성물의 어는점을 낮추고 재결빙을 방지하기 위해 사용한다.

상기 1,2,3-프로판트리올의 함량은 전체 조성물 중 5∼17 중량%, 바람직하게는 6∼ 15 중량%, 더욱 바람직하게는 6∼10 중량%로 사용한다. 만일 그 함량이 상기 범위 미만이면 어는점 강하 및 재결빙 방지에 크게 기여를 못하고, 이와 반대로 상기 범위를 초과하게 되면 액상 제설제 조성물을 구조물 등에 살포한 후 융빙속도를 느리게 하는 문제가 생길 수 있다.

이때 필요에 따라 상기 1,2,3-프로판트리올에 더하여 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜(1,2-프로판디올 및 1,3-프로판디올), 디프로필렌 글리콜, 글리세롤 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용할 수 있다.

제6성분으로 수용액속에서 각각의 화합물들이 서로 잘 분산되어 응집이나 침전이 발생하지 않아 균일한 용액을 형성할 수 있도록 분산제를 사용한다. 상기 분산제로는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 이 분야에서 공지된 모든 분산제가 가능하다. 대표적으로, 수성 분산제가 가능하고, 시판되는 제품으로는 EFKA 계 분산제(EFKA®), Avecia 계 분산제(Solsperse®), Byk Chemie계 분산제(Disperbyk®)가 가능하며, 바람직하기로 Byk Chemie계 계열을 사용한다.

상기 분산제의 함량은 전체 조성 중 0.1∼2 중량%, 바람직하게는 0.1∼1 중량%로 사용한다. 만일 그 함량이 상기 범위 미만이면 분산 효과가 거의 없어 시간 또는 온도와 같은 주위 환경에 따라 친환경 액상 제설제 조성물 내 침전물이 형성될 우려가 있다. 이와 반대로 상기 범위를 초과하여 사용하더라도 더 이상의 효과상의 증가가 없어 비경제적일 뿐만 아니라 분산제 특유의 냄새가 발생하는 문제가 발생한다.

특히 본 발명에서는 제7성분으로 수용성 고분자를 사용한다. 상기 수용성 고분자는 친환경 액상 제설제 조성물 내 수분 증발을 방지하고, 각각의 조성을 바인딩하는 바인더 역할을 한다.

상기 수용성 고분자로는 소듐 알지네이트(sodium alginate)를 사용하며, 0.1∼0.5%(w/w) 농도로 물에 희석하여 수용액의 형태로 제조된 것을 사용한다. 만약 그 농도가 상기 범위 미만이면 수분증발 방지 및 조성물 내의 다른 조성들을 바인더 해주는 효과가 매우 미미하다. 이와 반대로 상기 범위를 초과하여 고농도로 희석되면 점성이 너무 커지거나 침전물이 생길 수 있는 문제가 있으므로, 상기 농도 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

이 같은 소듐 알지네이트 수용액은 전체 조성 중 45∼75 중량%, 바람직하게는 50∼70 중량%로 사용한다. 만약 그 함량이 상기 범위 미만이면 전체 조성물 내 상대적으로 다른 성분의 함량이 증가하여 극저온에서도 결빙이 안되고, 경제성이 크게 저하된다. 이와 반대로 상기 범위를 초과하면 융빙 효과가 현저히 감소하는 문제가 생길 수 있으므로, 상기 함량 범위 내에서 사용한다.

이와 같이 본 발명에 따른 친환경 액상 제설제 조성물은 포타슘 포메이트, 디마그네슘 숙시네이트, 소듐 하이드로겐 카보네이트, 폴리비닐 피로리돈, 1,2,3-프로판 트리올, 분산제 및 수용성 고분자인 소듐 알지네이트 수용액을 포함하며, 통상적으로 공지된 방법으로 제조가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 액상 제설제 조성물의 제조단계를 보여주는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 상기 친환경 액상 제설제 조성물은

S1) 다량의 물에 소듐 알지네이트를 용해시켜 수용액을 제조하고,

S2) 상기 수용액에 포타슘 포메이트를 첨가하여 균일하게 혼합하고,

S3) 얻어진 혼합물에 디마그네슘 숙시네이트를 첨가하여 균일하게 혼합하고,

S4) 얻어진 혼합물에 소듐 하이드로겐 카보네이트를 첨가하여 균일하게 혼합하고,

S5) 얻어진 혼합물에 폴리비닐 피로리돈을 첨가하여 균일하게 혼합하고,

S6) 얻어진 혼합물에 1,2,3-프로판트리올을 첨가하여 균일하게 혼합하고,

S7) 얻어진 혼합물에 분산제를 첨가하여 균일하게 혼합하여 제조한다.

이때 친환경 액상 제설제 조성물의 제조에 사용되는 혼합기는 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 교반 장치가 구비된 것이면 어느 것이든 가능하다.

다만 각 단계에서의 교반은 5 내지 30℃에서 교반속도 500 내지 1500 rpm 정도로 수행하는 것이 바람직하다. 상기 교반속도는 사용되는 혼합기의 용량, 교반 장치 의 종류, 각 조성의 함량 등을 고려하여 충분히 변경될 수 있다.

이러한 단계를 거쳐 제조된 친환경 액상 제설제 조성물은 어는점이 10 내지 40 ℃를 가지며, 종래 공지된 염화물계 화합물을 일체 사용하지 않기 때문에 부식성이 없어 차량 및 도로시설물의 수명을 연장시킬 수 있다.

또한 상기 친환경 액상 제설제 조성물은 비염화계로 제설을 시행하더라도 제설제에 의한 토양이나 하천 등을 오염시키지 않아 매우 환경 친화적이라 할 수 있다.

더욱이 기존 제설제를 이용한 제설 과정에서 통상 용해된 눈이나 얼음이 녹아 도로 표면에 많은 수분을 만들게 되는데, 본 발명의 액상 제설제 조성물의 경우는 이 과정에서 기온이 다시 하강하더라도 재결빙 될 우려가 없으며 미끄럼 저항성이 크다.

이와 같은 본 발명의 제설제 조성물을 이용한 제설 작업은 상기 조성물이 액상 형태이기 때문에 차량에 탑재된 용기 내에 수중 펌프를 넣어 노즐을 통해 눈이 내린 정도에 따라 다양한 압력으로 일정시간당 분사되는 양과 분사속도를 조절하면서 제설 작업을 하는 방법을 이용할 수 있다. 그 결과 종래 염화칼슘이나 염화나트륨과 비교하여 제설 작업이 매우 유리하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

교반 장치가 구비된 혼합기에 물과 소듐 알지네이트를 용해시켜 0.3 %(w/w)의 수용성 고분자 수용액(58 중량%)을 제조하였다. 여기에 포타슘 포메이트(15 중량%), 디마그네슘 숙시네이트(7 중량%), 소듐 하이드로겐 카보네이트(5 중량%), 폴리비닐 피로리돈(4 중량%), 1,2,3-프로판트리올(10 중량%) 및 분산제(1 중량%, Byk 192: 임의로 물에 분산가능한 분산제를 기재하였으니 확인 바랍니다)를 순차적으로 첨가하여 1000 rpm으로 균일하게 혼합하여 액상 제설제 조성물을 제조하였다.

실험예 1: 물성 시험

상기 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물의 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

물성 시험 결과

물성	결과	시험방법
비중	1.07	KS M ISO 2811-1:2002
점도	2.4 mPa?s	KS M 3705: 1996
인화점(COC)	80 ℃	KS M 2010: 2004
pH (25 ℃)	12.5	KS M 0011: 2003

실험예 2 : 단위시간당 융빙량 실험

본 실험은 저온에서도 얼음을 녹임은 물론 지속적인 융빙 능력을 알아보기 위해 하기와 같이 실시하였다.

먼저, 2L 비커 6개에 꽁꽁 얼린 얼음 100 g을 준비하여 각 비커에 상기 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물 100 g을 투입한 후, -15 ℃에서 15분경과 할 때 마다 비커를 1개씩 꺼내어 융빙량을 측정하였으며, 이때 얻어진 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

-15℃에서 단위시간당 융빙량 시험 결과

시간	융빙량	백분율
15분후	31.93g	31.93%
30분후	38.23g	38.23%
45분후	40.35g	40.35%
60분후	42.20g	42.20%
75분후	43.93g	43.93%
90분후	45.33g	45.33%

상기 표 2는 -15℃에서 단위시간당 융빙량 시험 결과로, 상기 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물은 꾸준한 융빙 능력을 보여줌을 알 수 있다.

실험예 3: 분쇄한 얼음을 이용한 재결빙 실험

본 실험은 실제 눈이 내렸을 때와 동일한 조건에서 실험을 수행하여 실전에서의 응용여부를 판단하기 위해 하기와 같은 방법으로 실시하였다.

먼저 꽁꽁 언 얼음을 얼음 분쇄기로 곱게 분쇄한 후 시료를 여러 비율로 살포하여 재결빙 여부를 확인하였으며, 이때 1L 비커를 이용하여 -10℃에서 시험하였고, 얻어진 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[표 3]

-10℃에서 분쇄한 얼음을 이용한 결빙 실험 결과

시료의 함량	분쇄얼음의 함량	중량 비율	비고
100g	100g	1:1	3시간 후 완전히 융빙됨. 10시간 후 재결빙 현상 없음.
100g	150g	1:1.5	대부분 녹음 10시간 후 재결빙 현상 없음.
100g	200g	1:2	얼음이 녹는 속도가 더디지만 10시간 후 재결빙 현상은 일어나지 않음.
100g	250g	1:2.5	얼음이 녹는 속도가 더디지만 10시간 후 재결빙 현상은 일어나지 않음.

상기 표 3은 -10℃에서 분쇄한 얼음을 이용한 결빙 실험을 보여주는 것으로, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이 10시간의 지나도 재결빙 현상은 일어나지 않았다.

실험예 4: 융빙 능력 비교 실험

본 실험은 극저온에서 실시예 1의 조성물과 종래 제설제로 알려진 염화칼슘 수용액과의 융빙 능력을 상호 비교하기 위해 하기와 같이 수행하였다.

먼저 -20℃에서 250 ml 비커에 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물 100 g과, 비교예로서 30% 염화칼슘 수용액 100 g을 넣은 후, 여기에 10g 짜리 꽁꽁 얼린 각 얼음(육면체 모양)을 떨어뜨려 융빙 능력을 비교 시험하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

[표 4]

-30 ℃의 극저온 조건에서의 융빙 능력 시험 결과

	시료의 함량	각얼음(10g/개)	융빙시간	비고
실시예 1의 조성	100g	1개(10g)	6분	극저온에서도 융빙능력을 발휘함.
	100g	1개(20g)	23분
30% 염화칼슘	100g	1개(10g)	30분	시료의 5배 시간이 요구됨.
	100g	2개(20g)		충분한 시간이 경과하여도 거의 녹지 않고 같이 얼어버림

상기 표 4는 -30 ℃의 극저온 조건에서의 융빙 능력을 보여주는 것으로, 상기 표 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 실시예 1의 액상 제설제 조성물은 공지된 30% 염화칼슘 수용액에 비해 저온에서도 월등한 융빙 능력을 가짐을 알 수 있다.

실험예 5: 금속 부식성 실험

본 실험은 액상 제설제 조성물의 금속부식성 테스트를 알아보기 위한 것으로, 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물을 각기 다른 시험편(철, 황동, 스테인레스 스틸, 티타늄)을 제조하고, 이를 상기 조성물에 96 시간 침지시킨 후 시료의 무게의 변화를 측정하고, 변색결과를 확인하였다. 이때 얻어진 결과는 하기 표 5에 나타낸 바와 같다.

[표 5]

금속류 부식성 시험 결과

시편	재질	규격 (가로세로두께, cm)	부식도 (g/m2h)	변색 유무
철 판	KS D 3512	50502	0	없음
황 동	KS D 5505	50502	0	없음
스테인레스 스틸	KS D 3698	50502	0	없음
티타늄	ASTM B 265	50502	0	없음

상기 표 5는 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물의 금속류 부식성 시험 결과를 보여주는 것으로, 철, 황동, 스테인레스 스틸, 및 티타늄 모두에 대하여 96시간이 지나도 무게 변화와 변색이 나타나지 않았다.

실험예 6: 못 부식 시험

본 실험은 액상 제설제 조성물의 금속부식성 테스트를 알아보기 위해 수행하였다. 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물과 수돗물을 각각 바이엘에 넣은 후 못을 96 시간 침지시켜 부식 여부를 관찰하였으며, 그 결과는 도 2 및 3에 나타내었다.

도 2는 수돗물에 못을 침지시킨 후 부식 발생 여부를 보여주는 사진이고, 도 3은 실시예 1의 액상 제설제 조성물에 못을 침지시킨 후 부식 발생 여부를 보여주는 사진이다.

도 2를 참조하면 수돗물에 침지시킨 못의 경우 부식이 심하게 발생한 반면에 도 3을 참조하면, 실시예 1의 액상 제설제 조성물의 경우 못의 부식이 전혀 발생하지 않았다. 이러한 결과는 본 발명에 본 발명에 따른 액상 제설제 조성물을 사용하더라도 금속에 대한 부식이 발생하지 않아 각종 구조물에도 안전하게 사용할 수 있음을 의미한다.

실험예 7: 중금속 용출성 시험

상기 실시예 1에서 제조한 액상 제설제 조성물의 중금속 용출 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 ICP 분석의 시험방법을 이용하여 중금속 용출시험을 실시하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 6에 나타내었다.

[표 6]

중금속 용출 시험결과

실험예 8: 미끄럼 저항성 실험

본 실험은 제설제를 도로에 살포 하였을 때 염화칼슘과 빗물에 비해 어느 정도 미끄러운가를 비교하기 위하여 수행하였다.

구체적으로, 아스팔트 콘크리트 포장도로 위에서 실시예 1에서 제조된 액상 제설제 조성물과, 비교를 위해 상수돗물 및 30% 염화칼슘 수용액 각각을 이용하여 테스트장비를 가지고 실험하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 7에 나타내었다. 이때 하기 표 7에서 수치가 클수록 저항성이 좋음을 의미한다.

[표 7]

미끄럼 저항성 시험결과

상기 표 7은 미끄럼 저항성 시험결과를 보여주는 것으로, 본 발명에 따른 실시예 1의 액상 제설제 조성물은 상수돗물과 같은 수치를 보여주었다. 이는 도로에 비가 왔을 때 정도의 미끄러움을 나타낸다고 볼 수 있으며 제설용으로 살포시 큰 문제가 없음을 의미한다.

실험예 9: 피부 자극 시험

상기 실시예 1에서 제조한 액상 제설제 조성물의 토끼를 통한 피부 자극 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 식품의약품안전청 고시 제2005-60호의 시험방법을 이용하여 피부 자극 시험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.

[표 8]

피부자극 시험결과

상기 표 8을 참조하면, 본 발명에 따라 얻어진 액상 제설제 조성물은 피부에 비자극성 물질인 것으로 확인하였다.

실험예 10: 안점막 자극성 시험

상기 실시예 1에서 제조한 액상 제설제 조성물의 토끼를 통한 안점막 자극성 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 식품의약품안전청 고시 제2005-60호의 시험방법을 이용하여 안점막 자극 시험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.

[표 9]

안점막 자극성 시험결과

상기 표 9를 참조하면, 본 발명에 따라 얻어진 액상 제설제 조성물은 안점막 자극이 없는 것으로 확인하였다.

실험예 11: 물벼욱을 이용한 급성 독성 시험

본 실험은 액상 제설제 조성물을 이용하여 물벼욱을 통한 급성독성 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험방법은 한국화학시험연구원에 의뢰하여 OECD TG 207 방법에 의거하여 수행하였으며, 그 결과 EC50(48시간)이 23371.916 수치를 나타내었다.

실험예 12: 송사리를 이용한 어류 독성 시험

본 실험은 액상 제설제 조성물을 이용하여 송사리를 통한 어독성 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 KM0111-2003 방법에 의거하여 수행하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 10에 나타내었다.

[표 10]

시료의 LC50 및 중독 증상

상기 표 10을 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 액상 제설제 조성물은 중독증상 없으며 수질에 거의 영향을 주지 않음을 알 수 있다.

참고로 OECD test guideline 203에 따르면 LC50(48시간)이 100 mg/L 이상일 경우 그 이상이 시험은 진행하지 않고 시험을 종료하는 것으로 정해져 있다. 이것은 일반화학물질이 환경에 노출될 경우 그 농도가 100 mg/L이 될 가능성이 매우 희박하여 LC50이 그 이상일 경우 수서 환경 중 어류에 대한 영향이 거의 없을 것이라는 것을 의미한다.

따라서 48시간을 기준으로 한 본 발명의 실험결과치인 10810 mg/L은 100 mg/L 에 대해 108.1배에 해당하는 값으로서 본 발명에 따른 실시예 1의 액상 제설제 조성물은 환경 유해성이 거의 없음을 의미한다.

실험예 13 : 지렁이를 이용한 급성독성 시험

본 실험은 액상 제설제 조성물을 이용하여 지렁이를 통한 급성독성 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보고자 수행하였다.

실험방법은 한국화학시험연구원에 의뢰하여 OECD TG 207 방법에 의거하여 수행하였으며, 얻어진 결과를 하기 표 11 및 표 12에 나타내었다.

[표 11]

시료처리 후 시간별 치사수 및 치사율

[표 12]

시험물질의 LC50 및 중독증상

상기 표 11 및 표 12를 참조하면, 본 발명에 따른 실시예 1의 액상 제설제 조성물 은 치사율이 실험 기간 동안 0%이며 중독 증상도 나타나지 않아 토양에 거의 영향을 주지 않음을 알 수 있다.

OECD guideline for the testing of chemicals 207, "Earthworm, accute toxicity tests"(1984. 4. 4.)에 따르면 시험농도 결정을 위한 예비시험에서 1,000 mg/kg을 초고농도로 하여 10% 미만의 치사가 있을 경우 시험을 종료하는 것으로 나타나 있다.

따라서 상기 표 12를 참조하면, 2,000 ppm농도에서 14일간 치사율이 0%로 나타난 점으로 미루어 보아, 본 발명에 따른 액상 제설제가 토양에 대한 환경유해성이 거의 없음을 알 수 있다.

실험예 14: 랫트를 이용한 급성독성 시험

본 실험은 액상 제설제 조성물을 이용하여 랫트를 통한 급성독성 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 식품의약품안전청 고시 제2005-60호의 시험방법을 이용하여 급성독성 실험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 13에 나타내었다.

[표 13]

급성독성 시험결과

실험예 16: 생분해 실험

본 실험은 액상 제설제 조성물을 이용하여 생분해성 실험을 실시하여 환경친화성 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험은 국가공인시험기관인 한국화학시험연구원에 의뢰하여 OECD Ready biodegradation 301C MITI(I)의 시험방법을 이용하여 생분해도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 14에 나타내었다.

[표 14]

생분해도

	결과치	시험방법
실시예 1의 조성	88.9%	OECD Ready biodegradation 301C MITI(I)

상기 표 14를 참조하면, 본 발명에 따른 액상 제설제 조성물은 높은 생분해성을 가져 도로 등에 도포하더라도 자연 분해 속도가 높아 친환경적임을 알 수 있다.

OECD301A, OECD301C와 북유럽 친환경 Swan Label 제설제 인증기준을 살펴보면, 제설제의 경우 28일 동안 70% 이상 생분해성(Biodegradability)되어야 하는데, 상기와 같이 본 발명에 따른 액상 제설제 조성물의 경우 이보다 우수한 수치를 나타내었다.

실험예 16: 분해 기간 동안의 산소 요구량

본 실험은 액상 제설제 조성물을 이용하여 분해기간동의 산소 요구량 정도를 알아보기 위해 실시하였다.

실험은 한국건설기술연구원에 의뢰하여 측정한 결과, 분해기간 동안 31840ppm의 산소가 요구되었다.

[친환경기준]

이와 같이, 상기 실험예 2 내지 15를 통해 본 발명에 따른 액상 제설제 조성물은 북유럽 환경마크(Swan label) 제설제의 인증 기준에 해당하는 요건을 충분히 만족시켰다. 하기 표 15에 제설제 관련 항목에 대한 인증기준과 실험예 2 내지 16에서의 결과치를 나타내었다.

[표 15]

실험예 17: 현장 시험

상기 실시예 1의 액상 제설제 조성물을 차량에 탑재시켜 직접 눈이 내린 곳에서의 제설을 수행하여 보았다. 이때 제설 작업은 차량에 탑재된 용기 내에 수중 펌프를 넣어 노즐을 통해 분사시켜 수행하였다.

도 4의 (a) 내지 (c)는 실시예 1의 액상 제설제 조성물을 이용하여 제설 작업을 수 행함을 보여주는 사진이고, 도 5의 (a) 및 (b)는 제설 작업 후 도로 상태를 보여주는 사진이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예 1의 액상 제설제 조성물은 빙정강하 및 융빙 촉진 역할을 할 수 있는 물질로 눈이 내린 곳에 살포하는 경우 빠른 융빙 속도를 나타내어 제설 효과가 즉각적이고, 그 효과가 지속됨을 알 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액상 제설제 조성물은 하기의 효과를 얻는다.

첫째, 기존의 염화칼슘이 매우 빠른 속도로 철을 부식시키며 콘크리트, 아스팔트 등도 부식시킴으로써 자동차, 교량은 물론 모든 도로시설물의 수명을 단축시키는 것과는 달리, 환경 친화적인 화합물로서 염화물을 일체 사용하지 않기 때문에 부식성이 없어 차량 및 도로시설물의 수명을 연장시킬 수 있다.

둘째로 염화칼슘은 물에 용해되어 하천 및 토양에 유입되면서 수질오염 및 토양의 산성화를 유발하며, 도로변의 초목, 나무, 채소 등 식물을 고사시키고 동물의 발과 피부에 피부병, 가려움증을 유발하는 등 환경에 피해를 주는 것과는 달리, 환경이나 동식물에게 주는 피해가 적고 또한 비염화물계로서 콘크리트 구조물에 전혀 영향을 주지 않으며 토양 및 하천을 오염시키지 않는다.

셋째로 기존 제설제는 염화칼슘만으로 제설작업을 할 경우 용해된 눈이나 얼음이 녹아 도로 표면에 많은 수분을 만들어 기온이 하강할 경우 더 넓은 지역을 빙판으 로 만들 확률이 높아 2차적인 교통사고 위험을 발생시키는 반면, 눈과 얼음을 장시간 녹이면서 재결빙이 잘 되지 않으며 재결빙이 될 수 있는 수분의 양을 크게 감소시키므로 2차 교통사고 위험을 감소시킬 수 있다.

넷째로 기존 제설제는 공기 중에 장시간 노출되면 수분을 흡수하여 큰 덩어리로 굳어버리므로 재설작업을 할 때 다시 분쇄하여야 하는 어려움이 있는 반면, 본 발명의 조성물은 액상 형태이기 때문에 보관이 용이하고 분사가 편리하다.

다섯째 염화칼슘은 빠르게 녹으면서 지속성이 짧고 또한 염화칼슘이나 염화나트륨은 가격면에서는 매우 저렴하지만 모래를 추가 살포해야 하고 수거를 위해 막대한 비용과 인력이 추가로 투입되고 도로 시설물 및 자동차의 부식과 토양, 하천, 동식물에 대한 환경파괴 등 간접 비용이 발생되는 반면, 눈, 얼음 표면에 잔류하여 지속적으로 반응함으로써 기존 제설제에 비해 제설 효과가 장시간 지속되고, 또한 가격 면에서도 기존 제설제에 비해 크게 비싸지 않으며 추가 비용이 발생하지 않고 시설물의 부식이나 환경파괴 등 간접 비용이 없으므로 오히려 더욱 경제적이다.

여섯째 자체가 액상상태이기 때문에 살수가 용이하고 효과 측면에서도 제설, 제빙, 재결빙 방지 등의 기능을 모두 수행할 수 있으며, 일곱 번째로 미끄럼 저항성이 크며 수입에 의존하는 특정의 제설제를 대체할 수 있는 효과를 얻을 수 있는 등 제설에 유용한 조성물이다.

Claims (4)

1. 포타슘 포메이트 8∼19 중량%,

   디마그네슘 숙시네이트 4∼12 중량%,

   소듐 하이드로겐 카보네이트 2∼7 중량%,

   폴리비닐 피로리돈 1∼5 중량%,

   1,2,3-프로판트리올 5∼17 중량%,

   분산제 0.1∼2 중량%, 및

   소듐 알지네이트 수용성 고분자 수용액 45∼75 중량%

   를 포함하는 친환경 액상 제설제 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 소듐 알지네이트 수용액은 0.1∼0.5%(w/w)의 농도인 것임을 특징으로 하는 액상 제설제 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 분산제는 EFKA 계 분산제(EFKA®), Avecia 계 분산제(Solsperse®), Byk Chemie계 분산제(Disperbyk®)로 이루어진 군에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하 는 액상 제설제 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 액상 제설제 조성물은 어는점이 10 내지 40℃인 것임을 특징으로 하는 액상 제설제 조성물.

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