KR20090085728A - 밸러스트 수 처리장치 - Google Patents

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삼원중공업 주식회사
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Abstract

밸러스트 수 처리장치가 개시되어 있다. 본 발명의 장치는 유입된 해수를 저장하기 위한 탱크 내부가 세라믹 도료로 코팅된 밸러스트 수 탱크와, 탱크 내의 해수를 유입하면서 전기분해하여 생성된 염소이온으로 해수 내의 미생물을 사멸시키는 전해소독 모듈과, 탱크 내의 해수를 외부로 배출시 전기 분해 후 발생되는 독성물질을 제거하고 알라칼리 수로 변환하여 배출하기 위한 배출필터모듈과, 전해소독 모듈의 잔류염소의 포화정도를 감지하기 위한 염소농도검출모듈과, 탱크, 전해소독모듈 및 배출필터모듈에 공급되는 해수의 유입 및 유출밸브를 제어하고 염소농도검출모듈의 감지신호에 응답하여 전기 분해된 해수 내부의 염소이온농도가 포화되지 않도록 상기 전해소독모듈을 제어하고 해수의 오염정도에 응답하여 가동시간을 제어하는 제어모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 전기분해방식의 부식문제를 세라믹 도료로 방지하고 세라믹 도료에 의한 살균효과의 상승작용을 기대할 수 있다.

Description

밸러스트 수 처리장치{Ballast Water Treatment System}
본 발명은 선박의 밸러스트 수 처리장치(BWTS: Ballast Water Treatment System)에 관한 것으로 특히 전기분해와 방식 및 방오 도료 코팅기술을 조합하여 수처리가 간단하고 환경에 무해하면서 부식문제를 해결할 수 있는 밸러스트 수 처리 장치에 관한 것이다.
국가 간의 교류가 활발해 짐에 따라 선박을 통한 무역업 또한 크게 발달하게 됨에 따라 타국의 해수가 선박의 밸러스트 탱크에 실려서 유입되고 이에 해양 생태계에 영향을 주게 되었다.
이러한 해양오염에 대한 우려로 인해 선박의 밸러스트 수 교체를 규제하는 협약이 체결되어 2009년부터 새로 건조되는 모든 선박에는 밸러스트 수 처리장치를 설치하도록 하였고 2015년까지는 모든 선박에 설치하도록 하였다. 따라서 세계 각국에서 밸러스트 수 처리 장치에 대한 활발한 연구 활동이 진행되고 있다.
현재 연구되고 있는 밸러스트 수 처리기술은 필터를 이용한 여과기술과 자외선, 열처리, 오존 및 염소 등의 살생제를 이용한 살균기술 등이 있다.
전기분해를 통한 밸러스트 수 처리 방식은 전위차, 라디칼 차아염소산 나트륨을 함께 이용하는 전기화학적 방법에서 전위차와 라디칼은 잔류성분이 없으므로 환경위해요소가 적으며 차아염소산나트륨은 햇빛에 의해 분해 되므로 배출시 2차 오염에 대한 문제가 적으며, 선박 운항 중 지속적으로 처리가 가능하므로 처리장치의 규모를 줄일 수 있고 농도조절과 모니터링이 용이하다는 장점이 있다.
그러나 처리용량이 대용량화되면 체류시간이 적어 처리효율이 떨어지게 되고 차아염소산나트륨에 의해 밸러스트 수 탱크 내부가 부식되는 문제점이 있다.
필터 및 오존살균방식은 살균력이 강한 오존을 사용하여 해양 침입종은 일부는 오존과 직접 접촉에 의해 사멸되고 나머지 잔류 해양 침입종은 오존이 해수 내의 다른 화합물과 반응하여 생성되는 차아브롬산에 의해 사멸되므로 미생물 처리율이 높은 장점이 있으나 독성의 브롬화합물이 밸러스트 수 내에 잔존하는 문제점이 있다.
필터, 산소버블링, 질소처리 및 방식코팅 방식은 산소버블로 미생물을 파괴하는 방식으로 환경에 무해하나 시스템이 복잡하여 설치비가 증가되는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 전기분해 및 세라믹 방오 및 방식도료를 사용함으로써 환경에 무해하면서 탱크 내부 부식을 방지할 수 있는 밸러스트 수 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 수처리 후 잔존하는 활성물질을 최소화할 수 있는 밸러스트 수 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 원격감시제어방식으로 유지관리가 용이한 밸러스트 수 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 모듈화 시스템으로 유연한 설치가 가능한 밸러스트 수 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 염소 독성을 제거하고 최종 배출되는 해수가 알칼리 수로 변환되는 밸러스트 수 처리 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는 유입된 해수를 저장하기 위한 탱크 내부가 세라믹 도료로 코팅된 밸러스트 수 탱크와, 탱크 내의 해수를 유입하면서 전기분해하여 생성된 염소이온으로 해수 내의 미생물을 사멸시키는 전해소독 모듈과, 탱크 내의 해수를 외부로 배출시 전기 분해 후 발생되는 독성물질을 제거하고 알라칼리 수로 변환하여 배출하기 위한 배출필터모듈과, 전해소독 모듈의 잔류염소의 포화정도를 감지하기 위한 염소농도검출모듈과, 탱크, 전해소독 모듈 및 배출필터모듈에 공급되는 해수의 유입 및 유출밸브를 제어하고 염소농도검출모듈의 감지신호에 응답하여 전기 분해된 해수 내부의 염소이온농도가 포화되지 않도록 상기 전해소독모듈을 제어하고 해수의 오염정도에 응답하여 가동시간을 제어하는 제어모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 세라믹 도료는 황 이온, 은 이온 및 아연 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트 15 중량% 내지 30 중량%, 희토류 원소 및 중정석 혼합물의 소성체 45 중량% 내지 60중량% 및 전기석 20 중량% 내지 35 중량%를 포함하는 방오용 첨가제를 3 내지 33 중량% 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 배출필터모듈은 전기분해 후 발생되는 독성물질인 트리할로메탄을 제거하기 위하여 활성탄을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 배출필터모듈은 수 처리용 황토 세라믹 볼을 포함할 수도 있다.
상술한 본 발명에 따른 밸러스트 수 탱크는 내벽이 방오용 첨가제를 포함하는 세라믹도료로 코팅되므로 전기분해시 발생되는 라티칼 등에 의한 부식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 환경에 무해하면서 자체적인 항균 및 살균 특성으로 해수의 살균효과를 상승시킬 수 있다. 또한 상기 방오용 첨가제를 포함하는 세라믹도료는 미생물을 살균성, 항균성 및 항곰팡이성이 우수할 뿐만 아니라 상기 도료 조성물을 사용하여 형성된 도막은 물리적 물성 또한 우수하다. 또한 배출필터모듈을 사용하 여 바다로 배출되는 해수를 최종적으로 다시 한번 필터링 함으로써 전기 분해에 의한 독성물질의 배출을 최소화시켜서 밸러스트 수 처리에 의한 2차 해양오염을 방지할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 방오용 첨가제, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 조성물을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 선박용 밸러스트 수 처리장치의 바람직한 일 실시예의 개략도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예는 밸러스트 수 탱크(110), 전해소독모듈(120), 염소농도검출모듈(130), 배출필터모듈(140), 제어모듈(150), 해수 파이프(160), 펌프들(PM1, PM2) 및 밸브들(BV1~BV7)을 포함한다.
밸러스트 수 탱크(110)의 내벽은 세라믹 도료(112)로 코팅된다. 세라믹 도료(112)는 전기분해시 생성되는 라티칼 또는 이온들에 의해 탱크 내벽의 부식을 방지하기 위한 것으로 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
전해소독모듈(120)은 레독스 셀(Rexdox Cell)을 이용하여 형성한다. 레독스 셀은 반투과막(Semi Permeable Membrane)에 의해 분리되는 두 전극으로 구분되는 데 반투과막은 수소와 같은 극소분자만을 통과시킨다. 수소가 반투과막의 표면에 공급되면 수소가 막을 통과하고 다양한 반응들이 나타나는데 이러한 반응을 발생시키는 데에는 초저전류(20mA)와 저전압(DC 12V 이하)이 필요하다. 이와 같은 원리에 의해 작은 배터리 용량으로 작동되는 레독스 셀은 물속에 잔류염소를 공급한다. 잔류염소는 해수의 소금성분(염화나트륨)과 섞임으로서 물 1리터당 1㎎이하로 만들어지는데 이것은 미생물 유기체를 없애기 위해 염소를 녹여 물속에서 염화이온으로 변환시킨다. 레독스 셀은 9V의 배터리로 10,000리터의 이상의 밸러스트 수의 소독이 가능하다.
염소농도검출모듈(130)은 전해소독모듈(120)의 유출구에 장착되어 전해소독모듈 내부의 염소농도를 측정한다.
배출필터모듈(140, 142)은 밸러스트 수 배출 파이프에 결합되어 최종적으로 배출되는 배출수에 잔류 독성물질이 함유되지 않도록 흡착하여 걸러낸다. 특히 활성탄 필터를 채용하여 전기 분해 후 생성되는 독성물질인 THM(트리할로메탄)을 제거하고 알칼리수로 변환한다. 또한 배출필터모듈(140, 142)은 황토 세라믹 볼 필터를 포함하여 미처리된 목성물질들을 흡착시켜서 걸려낸다. 따라서 최종적으로 바다로 배출되는 밸러스트 수는 규정치 이하로 안전하게 배출되게 된다.
제어모듈(150)은 컴퓨터 시스템으로 구성되어 각 구성요소들을 제어 프로그램에 의해 자동적으로 원격제어하고, 염소농도검출모듈(130)로부터 측정신호를 수신하여 이를 분석하고 염소농도가 포화상태가 되지 않도록 전해소독모듈(120)을 피드백 제어한다. 또한 제어모듈은 가동시간을 체크하여 소독해야할 해수의 오염정도 에 따라 설정된 시간동안만 가동되도록 자동 제어한다. 일반적으로 4리터의 물을 정화하는 데 약 60초 동안의 소독시간이 소요된다.
소독동작모드에서는 제어모듈(150)은 밸브(BV1, BV7)를 열고 유로변경밸브(BV2, BV6)를 밸러스트 펌프(PM1, PM2) 방향으로 오픈시키고 유로변경밸브(BV3, BV4)를 전해소독모듈(120) 방향으로 개방시킨다. 따라서 밸러스트 수 탱크(110) 내부의 해수는 밸브(BV2) - 펌프(PM1) - 밸브(BV3) - 전해소독모듈(120) - 밸브(BV4)를 거쳐서 다시 밸러스트 수 탱크(110)로 유입되어 순환하게 된다. 이 순환통로를 거치면서 유입된 해수는 전기화학적으로 소독된다. 전기분해되어 소독된 해수 내부에는 잔존하는 라디칼이나 이온들이 존재하게 되고 이들이 밸러스트 수 탱크(110) 내부로 유입되게 된다. 이들 유입된 이온 및 라디칼들은 탱크 내부의 세라믹 도료(112)에 의해 차단되므로 탱크 내벽을 부식시킬 수 없게 된다.
배출동작모드에서는 제어모듈(150)은 밸브(BV1, BV7)를 닫고 유로변경밸브(BV2, BV6)를 밸러스트 펌프(PM1, PM2) 방향으로 오픈시키고 유로변경밸브(BV3, BV4)를 배출필터모듈(140, 142) 방향으로 개방시킨다. 따라서 밸러스트 수 탱크(110) 내부의 해수는 밸브(BV2) - 펌프(PM1) - 밸브(BV3) - 배출필터모듈(140)을 거쳐서 바다로 배출되게 된다. 배출과정에서 밸러스트 수 내부에 잔존하는 전기 분해에 의한 독성물질들이 배출필터모듈(140)에 걸러지거나 흡착되어 제거된다.
다음에는 밸러스트 수 탱크 내벽에 코팅되는 세라믹 도료에 대해 구체적으로 설명한다.
방오용 첨가제 및 제조 방법
본 발명의 방오용 첨가제는 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온 중 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트 약 15 중량% 내지 약 30 중량%, 희토류 원소 및 중정석 혼합물의 소성체 약 45 중량% 내지 약 60중량% 및 전기석 약 20 중량% 내지 약 35 중량%를 포함한다.
상기 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온 중 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트는 상기 방오용 첨가제에서 탈취 성능을 부여하며 기타 오염성 가스를 흡착시키는 역할을 수행할 수 있다. 본 발명의 상기 제올라이트는 천연 제올라이트 또는 합성 제올라이트를 모두 사용할 수 있다.
본 발명의 방오용 첨가제는 상기 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온 중 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트를 약 15 중량% 내지 약 30 중량% 포함한다. 상기 방오용 첨가제가 상기 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온 중 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트를 약 15 중량% 미만으로 포함하면, 제올라이트에 의한 탈취 성능 및 기타 오염성 가스의 흡착 효과가 미미하다. 상기 방오용 첨가제가 상기 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온 중 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트를 약 30 중량% 초과하여 포함하면, 상기 방오용 첨가제가 다른 성분과 혼합되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제올라이트 약 100 중량부에 대하여 상기 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온을 약 1 중량부 내지 약 5 중량부를 흡착시킬 수 있다. 상기와 같이 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온을 흡착시키면, 제올라이트 의 이온 교환 성능이 향상되고 상기 제올라이트에 항균성을 부여할 수 있다.
상기 제올라이트 약 100 중량부에 대하여 약 1 중량부 미만의 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온을 흡착시키면, 상기 이온들을 흡착시켜 얻을 수 있는 항균 성능의 향상이 미미하다. 반면 상기 제올라이트 약 100 중량부에 대하여 약 5 중량부를 초과하는 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온을 흡착시키면, 과량의 이온이 제올라이트에 흡착되면서 이온 교환 성능을 향상시킬 수 있으나 제올라이트에 의한 흡착성이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 상기 방오용 첨가제는 희토류 원소 및 중정석의 혼합물의 소성체를 포함한다. 상기 희토류 원소와 중정석의 혼합물은 약 3,000개/cc의 다량의 음이온을 발생시킬 수 있는 물질로, 상기 방오용 첨가제에서 미생물 등의 생물의 살균 및 부착 방지 역할을 수행할 수 있다.
상기 희토류 원소는 주기율표 제3 족인 스칸듐, 이트륨 및 원자번호 57 내지 71에 해당하는 란탄 계열의 15개의 원소를 합친 17개의 원소의 총칭으로 대개 은백색 또는 회색 금속을 일컫는다. 일반적으로 희토류 원소는 산화수가 3이고 이온의 크기가 거의 변화하지 않으며, 화학적 성질이 매우 비슷하여 일반적인 방법으로 쉽게 분리되지 않는다. 따라서 본 발명에 따른 상기 방오용 첨가제는 상기 희토류 원소의 혼합물을 사용한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명의 방오용 첨가제에 사용되는 상기 희토류 원소는 네오디뮴, 이트륨 또는 란탄 등을 포함할 수 있다.
상기 중정석은 주요 성분이 황산 바륨(BaSO4)인 자연 광석으로 산화 바륨(BaO), 삼산화 황(SO3), 삼이산화철(Fe2O3), 이산화규소(SiO2) 또는 산화 알류미늄(Al2O3) 등을 더 포함할 수 있다.
상기와 같이, 희토류 원소 및 중정석 혼합물의 소성체를 사용하면, 화학적 변화에 민감하지 않으면서 전기적으로 안정한 방오용 첨가제를 제조할 수 있다. 또한 단순히 희토류 원소 및 중정석의 혼합물이 아닌 소성체를 사용함으로써, 상기 방오용 첨가제를 도료 또는 플라스틱 판 등의 합성에 사용되는 조성물에 포함시킬 시, 형성된 최종 산물에 단열성, 내열성, 경도 및 내마모성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상기 방오용 첨가제는 상기 소성체를 약 45 중량% 내지 약 60 중량% 포함한다. 상기 방오용 첨가제가 상기 소성체를 약 45 중량% 미만으로 포함하면, 음이온의 발생량이 적어 대상체 상에 생물의 부착을 저하하는 기능을 수행하지 못할 수 있다. 상기 방오용 첨가제가 상기 소성체를 약 60 중량% 초과하여 포함하면, 상기 방오용 첨가제를 포함하는 도료 등으로 형성된 도막의 경도가 너무 강하여 크랙 등이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 소성체 제조 시 사용되는 상기 희토류 원소와 중정석의 혼합물에 있어서, 상기 희토류 원소에 대하여 상기 중정석의 중량비는 약 1:1.5 내지 2.5일 수 있다. 상기 희토류 원소에 대하여 상기 중정석의 중량비가 약 1:1.5 미만인 경우, 상기 방오용 첨가제를 포함하는 조성물로 형성된 도막 또는 판 등의 내마모성 및 경도 등이 저하될 수 있다. 상기 희토류 원소에 대하 여 상기 중정석의 중량비가 약 1:2.5를 초과하는 경우, 상기 방오용 첨가제를 포함하는 조성물로 형성된 도막 또는 판재 등의 해수에 대한 내수성 및 내염성 등이 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 방오용 첨가제는 전기석을 포함한다. 상기 방오용 첨가제에 포함되는 상기 전기석은 철, 마그네슘, 알칼리 금속 등과 알루미늄의 붕규산염으로, 화학식 (Na,Ca)(Fe,Mg)3Al6B3Si6O29(OH)2로 표시될 수 있다. 상기 전기석은 마찰 및 압력에 의해서 전기가 발생하며, 가열하면 양끝이 양과 음으로 대전되기 때문에 전기석이라 명명되어졌다. 전기석은 결정 구조 자체에 끊임없이 전기를 띠는 특성을 갖고 있는데, 이는 전기석 결정의 양단에 플러스 전극과 마이너스 전극이 영구적으로 유지되기 때문이다. 상기 전기적의 플러스 전극은 주변의 음이온을 흡수하고, 상기 흡수된 음이온은 전기석 내부에 축적된 후, 다시 마이너스 전극으로 방출되면서 약 0.06mA의 전류를 발생시킨다. 상기 전기석은 분쇄되어도 그 성질이 유지되기 때문에, 분쇄 시 더 많은 음이온을 발생시킬 수 있다. 또한 전기석은 물과 접촉 시 상기와 같은 작용이 최대가 되며, 물을 음이온화 하는 동시에 약알칼리성으로 변화시킬 수 있다. 따라서 본원 발명에 따른 방오용 첨가제가 상기 전기석을 포함하는 경우, 주변의 수중 환경을 일시적으로 음이온화하여 환경을 변화시킬 수 있고, 미생물 등의 생물이 부착되는 경우, 전기적 성질 등에 변화를 일으키면서 미생물 등의 해양 생물의 살균 및 부착을 막을 수 있다.
본 발명에 따른 상기 방오용 첨가제는 상기 전기석을 약 20 중량% 내지 약 35 중량%를 포함한다. 상기 방오용 첨가제가 상기 전기석을 약 20 중량% 미만으로 포함하면, 전기석에 의한 미생물 부착 방지 및 살균 효과가 미미하다. 상기 방오용 첨가제가 상기 전기석을 약 35 중량% 초과하여 포함하면, 상기 초과분에 의한 효과의 상승 정도가 미비하므로 경제적으로 바람직하지 않다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 방오용 첨가제는 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛의 평균 입경을 가진다. 상기 방오용 첨가제가 상기와 같이 작은 입경을 가지는 경우, 단위 질량당 다른 물질과의 접촉할 수 있는 접촉 면적이 상승되어, 적은 양으로도 방오용 첨가제의 첨가로 인한 효과를 얻을 수 있다.
상기 방오용 첨가제의 입경이 약 0.1㎛ 미만인 경우, 단위 질량당 접촉 면적은 넓어지지만, 분쇄와 같은 단순한 물리적 방법 이외의 다른 방법을 사용하여 방오용 첨가제의 입경을 줄여야 하기 때문에, 경제적으로 바람직하지 않다. 반면 상기 방오용 첨가제의 입경이 약 10㎛를 초과하는 경우, 단위 질량당 접촉 면적의 상승 정도가 크지 않아, 상기 방오용 첨가제의 분쇄로 인한 여러 가지 효과의 상승이 미미하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 방오용 첨가제는 약 0.1㎛ 내지 약 1㎛ 이내의 입경을 가지는 입자가 전체 방오용 첨가제의 적어도 약 20 중량% 이상인 것이 바람직하다.
본원 발명에 따른 상기 방오용 첨가제는 전기석 또는 희토류 원소와 중정석 혼합물의 소성체에 의한 음이온 등에서 발생하는 전자기파 등을 통하여 미생물의 생육 및 부착을 막을 수 있어, 해양 환경을 오염시키지 않으면서 우수한 방오 효과 를 가진다. 또한 이온이 흡착된 제올라이트 등을 구성성분으로 포함하고 있어, 유해 가스 및 탈취 기능도 수행할 수 있다.
도료 조성물
본 발명에 따른 도료 조성물은 황 이온, 은 이온 또는 아연 이온 중 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트 약 15 중량% 내지 약 30 중량%, 희토류 원소 및 중정석 혼합물의 소성체 약 45 중량% 내지 약 60중량% 및 전기석 약 20 중량% 내지 약 35 중량%를 포함하는 방오용 첨가제 약 3 내지 약 33 중량%, 실리카졸 약 15 중량% 내지 약 30 중량%, 실리케이트 약 1 중량% 내지 약 10 중량%, 산도 조절제 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량% 및 여분의 물을 포함한다.
본 발명에 따른 도료 조성물은 상기 방오용 첨가제를 약 3 중량% 내지 약 33 중량% 포함한다. 본 발명에 따른 도료 조성물이 상기 방오용 첨가제를 약 3 중량% 미만으로 포함하면, 도료 조성물의 미생물 부착 및 항균 효과가 미미하다. 한편 본 발명에 따른 도료 조성물이 상기 방오용 첨가제를 약 33 중량% 초과하여 포함하면, 도료 조성물에 의해 형성된 도막의 경도가 너무 강해서 상기 도막에 크랙 등이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명의 도료 조성물은 상기 방오용 첨가제를 약 3 중량% 내지 약 33 중량% 포함하며, 바람직하게는 상기 방오용 첨가제를 약 5 중량% 내지 약 30 중량% 포함한다. 상기 방오용 첨가제에 대해서는 앞에서 상세히 설명하였으므로 중복을 피하기 위하여 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 도료 조성물은 상기 실리카졸을 약 15 중량% 내지 약 30 중량%를 포함한다. 본 발명에 따른 도료 조성물에서 상기 실라카졸은 상기 도료 조성 물에 내수성, 내염성 및 내식성을 부여할 수 있다. 본 발명에 따른 도료 조성물이 상기 실리카졸을 약 15 중량% 미만으로 포함하면, 내수성이 저하될 수 있다. 본 발명에 따른 도료 조성물이 상기 실리카졸을 약 30 중량% 초과하여 포함하면, 내염성이 저하될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 도료 조성물은 상기 실리카졸을 약 15 중량% 내지 약 30 중량% 포함하며, 바람직하게는 약 20 중량 % 내지 약 25 중량% 포함한다.
본 발명에 따른 상기 도료 조성물은 상기 실리케이트를 약 1 중량% 내지 약 10 중량% 포함한다. 상기 도료 조성물이 상기 실리케이트를 약 1 중량% 미만으로 포함하면, 도막의 유연성 및 내수성이 저하될 수 있다. 상기 도료 조성물이 상기 실리케이트를 약 10 중량% 초과하여 포함하면, 작업성이 나빠지고 부착력이 저하되어 도막 박리 현상이 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 도료 조성물은 상기 실리케이트를 약 1 내지 약 10 중량% 포함할 수 있으며, 바람직하게는 약 4 중량% 내지 약 7 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 실리케이트는 금속염의 실리케이트일 수 있다. 예를 들면, 상기 실리케이트는 소듐 실리케이트, 칼륨 실리케이트 또는 리튬 실리케이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 도료 조성물은 산도 조절제를 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량% 포함할 수 있다. 상기 산도 조절제는 상기 도료 조성물을 사용하여 도막 형성 시, 실리카졸 및 실리케이트를 안정화시켜 상기 도료 조성물의 저장 안정성을 향상시킨다. 본 발명에 따른 도료 조성물이 상기 산도 조절제를 약 0.1 중량% 미만으로 포함하면, 상기 산도 조절제의 첨가 효과가 미미하며, 상기 도료 조성물이 상기 산도 조절제를 약 2 중량% 초과하여 포함하면, 도막이 형성되는 대상체인 강판 등이 부식시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 산도 조절제는 무기산 또는 유기산일 수 있다. 상기 유기산의 예로는 아세트산, 포름산 또는 젖산 등을 들 수 있으며, 상기 무기산의 예로는 인산 또는 염산 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 도료 조성물은 상기 방오용 첨가제를 포함함으로써, 미생물 등의 부착 및 생장을 저하할 수 있으며, 또한 내수성, 내마모성 및 부착성 등의 물성이 우수한 도막을 형성할 수 있다.
방오용 첨가제의 제조
실시예 1
제올라이트 약 100 중량부에 대하여 약 3 중량부의 은 이온을 흡착시킨 제올라이트(애경화학) 약 20 중량%, 합성예 1의 희토류 원소와 중정석의 소성체 약 50 중량% 및 전기석 분말((주)왕표 화학) 약 30 중량%를 포함하는 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 아트리션밀을 사용하여 약 5㎛의 평균 입경을 가지도록 분쇄하여 방오용 첨가제를 제조하였다.
실시예 2
합성예 1의 희토류 원소와 중정석 혼합물의 소성체 약 55 중량% 및 전기석 약 25 중량%를 사용한 것을 제외하고 실시예1과 실질적으로 동일한 방법으로 방오 용 첨가제를 제조하였다.
도료 조성물의 제조
실시예 3
실시예 1의 방오용 첨가제 약 5 중량%, 실리카졸 약 23 중량%, 칼륨 실리케이트 약 5 중량%, 염산 약 1 중량% 및 여분의 물을 포함하는 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 4
실시예 1의 방오용 첨가제 약 10 중량%를 사용한 점을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법으로 조성물을 제조하였다.
실시예 5
실시예 1의 방오용 첨가제 약 15 중량%를 사용한 점을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 6
실시예 1의 방오용 첨가제 약 20 중량%를 사용한 점을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 7
실시예 1의 방오용 첨가제 약 25 중량%를 사용한 점을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 8
실시예 1의 방오용 첨가제 약 30 중량%를 사용한 점을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 9
실시예 2의 방오용 첨가제 약 25 중량%를 사용한 점을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.
실시예 10
실시예 2의 방오용 첨가제 약 20 중량%를 사용한 점을 제외하고 실시예 3과 실질적으로 동일한 방법으로 도료 조성물을 제조하였다.
비교예 1
실리카졸 약 23 중량%, 칼륨 실리케이트 약 5 중량%, 염산 약 1 중량% 및 여분의 물을 포함하는 도료 조성물을 제조하였다.
비교예 2
실시예 1의 방오용 첨가제 약 35 중량%, 실리카졸 약 23 중량%, 소듐 실리케이트 약 5 중량%, 염산 약 1 중량% 및 여분의 물을 포함하는 도료 조성물을 제조하였다.
수생 생물 부착 방지 성능
실험예 1
상기 실시예 3 내지 실시예 8, 비교예 1 및 비교예 2의 도료 조성물을 스테인레스(SUS 304, 300mm×300mm×3mm)의 판에 도포하고 건조시켜 약 15㎛ 두께의 도막을 형성하였다. 상기 도막이 형성된 스테인레스 판을 약 10m 깊이의 해수 중에 침수시키고 1개월 단위로 상기 스테인레스 판에 형성된 수생 생물의 부착 면적을 조사하였다. 상기의 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
Figure 112008009297885-PAT00001
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이 실시예 1의 방오용 첨가제를 포함하는 실시예 3 내지 실시예 8 및 비교예 2의 도료 조성물을 사용하여 도막이 형성된 스테인레스 판은 6개월 동안 해수에 침지시켜도 수생 생물이 부착되지 않았다. 한편 본원 발명에 따른 방오용 첨가제를 포함하지 않은 비교예 1의 도료 조성물을 사용하여 도막이 형성된 스테인레스 판은 1개월 정도의 해수와의 접촉에도 수생 생물이 표면에 부착되었으며, 그 상태가 6개월 동안 계속 지속되었다.
도료 조성물의 물성 평가
실험예 2
실시예 3 내지 실시예 8 및 비교예 2의 도료 조성물에 대하여 하기 항목의 물성 평가를 수행하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
1. 내마모성 평가
시편을 고정시키고 하중이 275g인 wide paper를 상기 시편 상에서30회 회전시켜 도막의 마모 여부를 육안으로 확인하였다.(○: 도막이 벗겨지지 않음, ×: 도막이 벗겨짐 발생)
2. 내약품성 평가
면포에 99.3%의 메틸알코올을 묻힌 후, 상기 면포를 500g 하중으로 시편 표면을 왕복하면서 문질러 도막의 박리여부를 육안으로 평가하였다. (○: 도막이 벗겨지지 않음, ×: 도막이 벗겨짐 발생)
3. 내완충액 평가
pH 4.6, 온도 35℃의 용액에 시편을 72시간 침지시킨 후, 상기 시편의 상태를 육안으로 확인하였다. 상기 시편을 용액에서 꺼내어 4시간 동안 상온에 방치시켰다. 상기 시편 상에 형성된 도막을 2mm×2mm의 크기의 바둑판 모양의 절편으로 절단한 후, 상기 절편 상에 3M의 #610 접착 테이프를 부착한 후 떼어내어 절편의 탈락 여부를 조사하였다. (○: 표면 불량이 없고 절편이 탈락되지 않음, △: 표면 불량이 발생하나 절편의 탈락은 없음, ×: 표면 불량이 발생하고 절편이 탈락됨)
4. 부착성 평가
크로스-컷 테스트 방법을 실시하였다. 시편에 형성된 도막을 1㎜× 1㎜의 100개의 바둑판 모양의 절편으로 절단한 후, 상기 절편 상에 3M #610 접착 테이프를 부착한 후 떼어내어 탈락하는 절편의 개수를 측정하여 부착성을 평가하였다.(○: 탈락 없음, △: 일부 탈락, ×: 완전탈락)
5. 연필경도 평가
미쓰비시 연필을 사용해 45도 경사, 1Kg 하중을 적용하여 2cm 이동시켜 연필 경도가 1H 이상인지 여부를 조사하였다. (○: 연필 경도 1H 이상, ×: 연필 경도 1H 미만)
6. 낙추 시험
500g 추(우레탄)를 65cm 높이에서 각 2회 자유낙하 하여 4면 8방위 취약부를 육안으로 확인하였다.(○: 취약부 없음, ×: 취약부 존재)
7. 염수분무성 평가
온도 35℃ 및 습도 95%의 챔버에서 5% NaCl 수용액에 시편을 침지시켜 도막의 이상 여부를 평가하였다. 또한 상기 시편을 상온에서 4시간 방치시킨 후, 상기 시편 상에 형성된 도막을 2mm×2mm의 크기로 바둑판 모양의 절편으로 절단한 후, 상기 절편 상에 3M #610 접착 테이프를 부착한 후 떼어내어 절편의 탈락 여부를 조사하였다. (○: 표면 불량이 없고 절편이 탈락되지 않음, △: 표면 불량은 없으나 절편이 탈락됨, ×: 표면 불량이 발생하고 졀편이 탈락됨)
8. 내오염성 평가
모나미 유성 펜으로 3cm 길의 줄을 4줄을 긋고, 50℃의 온도, 95%의 습도에서 1시간 강제건조시키고 상온에서 1시간 방치하였다. 99.3%의 메틸알코올로 상기 줄을 제거한 후, 줄의 흔적이 남아있는지 육안으로 관찰하였다. (○: 흔적 없음, ×: 흔적 남아 있음)
9. 항자외선 시험
시편에 15W의 전력을 가지는 자외선 램프를 20cm의 거리에서 72시간 조사하여 상온에서 도막 표면의 이상 여부를 육안으로 관찰하였다. 그 후, 시편을 4시간 상온에서 방치한 후, 상기 시편 상에 형성된 도막을 2mm×2mm의 크기의 바둑판 모양의 절편으로 절단한 후, 상기 절편 상에 3M #610 접착 테이프를 부착한 후 떼어내어 절편의 탈락 여부를 조사하였다. (○: 표면 불량이 없고 절편이 탈락되지 않음, △: 표면 불량은 없으나 절편이 탈락됨, ×: 표면 불량이 발생하고 졀편이 탈락됨)
10. 내화장품 시험
SPF가 20인 자외선 크림을 시편에 도포한 후, 온도 80℃와 습도 80%의 챔버에 시편을 24시간 방치 하여 도막 표면의 이상 여부를 육안으로 관찰하였다. 상기 시편 상에 형성된 도막을 2mm×2mm의 크기의 바둑판 모양의 절편으로 절단한 후, 상기 절편 상에 3M #610 접착 테이프를 부착한 후 떼어내어 절편의 탈락 여부를 조사하였다. (○: 표면 불량이 없고 절편이 탈락되지 않음, △: 표면 불량은 없으나 절편이 탈락됨, ×: 표면 불량이 발생하고 졀편이 탈락됨)
11. 내열탕성 시험
온도 90±2℃의 항온 수조 시험기의 온수에 시편을 30분간 침지시킨 후 도막의 들뜸 현상이 발생하는지 관찰하였다. 상기 시편을 4시간 상온에서 방치한 후, 상기 시편 상에 형성된 도막을 2mm×2mm의 크기의 바둑판 모양의 절편으로 절단하고 상기 절편 상에 3M #610 접착 테이프를 부착한 후 떼어내어 절편의 탈락 여부를 조사하였다. (○: 도막의 들뜸 현상이 없고 절편이 탈락되지 않음, △: 도막의 들뜸 현상은 없으나 절편이 탈락됨, ×: 도막의 들뜸 현상이 발생하고 절편이 탈락됨)
12. 열충격성 시험
열충격 시험기에서 (총 36cycle) -40℃ 내지 85℃ 각 1시간씩 총 72시간동안 열충격 후 상온에서 4시간 방치하였다. 종료 후, 종료 후 상기 시편 상에 형성된 도막을 2mm×2mm의 크기의 바둑판 모양의 절편으로 절단하고 상기 절편 상에 3M #610 접착 테이프를 부착한 후 떼어내어 절편의 탈락 여부를 조사하였다. (○: 도막의 들뜸 현상이 없고 절편이 탈락되지 않음, △: 도막의 들뜸 현상은 없으나 절편이 탈락됨, ×: 도막의 들뜸 현상이 발생하고 절편이 탈락됨)
Figure 112008009297885-PAT00002
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이 상기 방오용 첨가제를 약 3 중량% 내지 33 중량%로 포함하는 도료 조성물은 우수한 물성을 가지는 도막을 형성할 수 있었다. 그러나 비교예 2의 상기 방오용 첨가제를 약 35 중량% 포함하는 도료 조성물은 내오염성 등의 효과는 우수하였으나, 내마모성, 부착성 등의 물성이 저하됨을 알 수 있었다.
도료 조성물의 항균 성능 평가
실험예 3
실시예 9에 따른 방오용 도료 조성물에 대하여 대장균(Escherichia coli ATCC 25922)을 사용하여 KICM-FIR 1002에 의해 항균 성능을 시험하였다. 아무것도 첨가하지 않고 상기 대장균만을 접종한 샘플을 대조군으로 사용하였다. 상기 실험의 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
Figure 112008009297885-PAT00003
상기 표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 2의 방오용 첨가제를 포함하는 도료 조성물은 세균 감소율이 99% 이상으로 대조군과 비교 시, 우수한 항균 효과를 가짐을 알 수 있다.
도료 조성물의 항곰팡이 성능 평가
실험예 4
실시예 10에 따른 방오용 도료 조성물에 대하여 Aspergillus niger ATCC 9642, Penisillium pinophilum ATCC 11979 및 Chaetomium globosum ATCC 6205의 곰팡이 균을 사용하여 ASTM B-21 방법에 의해 항곰팡이 성능을 시험하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112008009297885-PAT00004
상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 실시예 10의 방오용 첨가제를 포함하는 도료 조성물에서는 한 달 동안 곰팡이가 전혀 발생하지 않아 항곰팡이 성능이 우수함을 알 수 있었다.
도료 조성물의 탈취 성능 평가
실험예 5
실시예 9에 따른 방오용 도료 조성물에 대하여 KICM-FIR-1085 방법을 사용하여 암모니아에 대한 탈취 성능을 수행하였다. 대조군은 아무것도첨가하지 않은 샘플을 대조군으로 사용하였다.
Figure 112008009297885-PAT00005
상기 표 5에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 9의 방오용 첨가제를 포함하는 도료 조성물은 대조군과 비교 시, 암모니아의 냄새를 2시간 안에 거의 70% 이상 탈취시키는 효과가 있음을 알 수 있다.
도료 조성물의 살균 성능 평가
실험예 6
가로 10mm, 세로 20mm, 높이 10mm인 금속(SUS 304)을 사용하여 용기를 제작한 후, 상기 용기의 내부에 실시예 3의 도료 조성물을 2회 도포하였다. 도료 조성물 도포 후, 내수성을 향상시키기 위하여 180℃에서 30분간 열처리한 후, 대장균 수가 10,000MPN/100mL이고, 대장균을 제외한 일반 생균수가 1,000,000CFU/100mL인 해수를 상기 용기에 넣고 밀봉하여 10일 후 대장균 수와 대장균을 제외한 일반 생균 수를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
Figure 112008009297885-PAT00006
표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 3의 도료 조성물을 사용하여 형성된 도막을 가진 용기는 대장균을 포함하는 세균의 개수가 10일 만에 급격하게 감소하였다. 이로부터 본원 발명의 방오용 첨가제를 포함하는 도료 조성물은 세균의 살균 효과가 우수한 도막을 형성할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 밸러스트 수 처리장치는 전기분해에 의한 소독과 동시에 탱크 내벽을 세라믹 도료로 코팅함으로써 환경에 무해하고 탱크의 부식방지가 가능 하여 선박 등에 채용시 상승작용으로 고성능화 및 고부가가치 상품화가 가능하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 선박용 밸러스트 수 처리장치의 바람직한 일 실시예의 개략도이다.

Claims (4)

  1. 유입된 해수를 저장하기 위한 탱크 내부가 세라믹 도료로 코팅된 밸러스트 수 탱크;
    상기 탱크 내의 해수를 유입하면서 동시에 유입된 해수를 전기분해하여 생성된 염소이온으로 해수 내의 미생물을 사멸시키는 전해소독 모듈;
    상기 탱크 내의 해수를 외부로 배출시 전기 분해 후 발생되는 독성물질을 제거하고 알라칼리 수로 변환하여 배출하기 위한 배출필터모듈; 및
    상기 전해소독 모듈의 잔류염소의 포화정도를 감지하기 위한 염소농도검출모듈; 및
    상기 탱크, 전해소독모듈, 배출필터모듈에 공급되는 해수의 유입 및 유출통로를 제어하고 상기 염소농도검출모듈의 감지신호에 응답하여 전기 분해된 해수 내부의 염소이온농도가 포화되지 않도록 상기 전해소독모듈을 제어하고 해수의 오염정도에 응답하여 가동시간을 제어하는 제어모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 도료는
    황 이온, 은 이온 및 아연 이온으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 이온이 흡착된 제올라이트 15 중량% 내지 30 중량%, 희토류 원소 및 중정석 혼합물의 소성체 45 중량% 내지 60중량% 및 전기석 20 중량% 내지 35 중량%를 포함 하는 방오용 첨가제를 3 내지 33 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배출필터모듈은 트리할로메탄을 제거하기 위하여 활성탄을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배출필터모듈은 수처리용 황토 세라믹볼을 포함하는 특징으로 하는 밸러스트 수 처리 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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