KR20100093299A

KR20100093299A - 건축, 토목환경에서 사용 가능한 비산먼지 억제제 조성물

Info

Publication number: KR20100093299A
Application number: KR1020090012422A
Authority: KR
Inventors: 황성규; 황수진; 황현석
Original assignee: 황수진; 황현석; 황성규
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2010-08-25
Also published as: KR101071445B1

Abstract

본 발명은 건축 토목분야에서 발생하는 직경이 2.5~10.0(PM10)인 미세먼지에 대한 비산먼지 억제제의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수용액 100 중량%에 유화 분산 기능을 가진 비이온 계면활성제 0.2 ~ 5.0 중량%와 소포 기능과 용해력을 지닌 알코올류 0.5 ~ 3.0 중량%와 색을 나타내기 위하여 지당으로 알려진 산화티탄(TiO₂) 또는 탈크(Talc, 활석)를 0.5 ~ 3.0 중량% 혼합하고 여기에 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate) 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate)의 친수성 합성고분자 또는 알긴산나트륨(Sodium Alginate), 글루코만난(곤약만난), 덱스트란, 구아검(Guar gum), 로코스트 빈 검(Locust bean gum)의 천연 다당류 고분자 중에서 1종 또는 2종을 선택하여 0.5 ~ 20.0 중량%와 나머지는 수용액으로 이루어지는 것으로 비산 먼지 발생이 많은 건축 및 건물해체 현장, 토목 건설 현장, 비포장도로에서 분사 또는 살수하여 비산하거나 비산하려는 미세먼지(PM10) 표면에 점성, 극성과 밀도 차이에 의하여 점착 코팅되어 미세먼지가 비산되는 것을 방지하여 주는 비산먼지 억제제 조성물이다.

미세먼지, 비산 먼지억제제, 수용성 합성고분자, 천연 다당류, 점성

Description

건축, 토목환경에서 사용 가능한 비산먼지 억제제 조성물{COMPOSITION OF SCATTERING DUST INHIBITOR FOR CIVIL ENGINEERING AND CONSTRUCTION FIELD}

본 발명은 건축 토목분야에서 발생하는 직경이 2.5~10.0(PM10)인 미세먼지에 대한 비산먼지 억제제의 조성물에 관한 것으로서, 친수성 합성고분자 또는 천연 다당류 고분자와 계면활성제, 안료 등의 첨가제를 이용하여 비산 먼지 발생이 많은 건축 및 건물해체 현장, 토목 건설 현장, 비포장도로에서 분사 또는 살수하여 비산하거나 비산하려는 미세먼지(PM10) 표면에 점성, 극성과 밀도 차이에 의하여 점착(adhesion) 코팅되어 미세먼지가 비산되는 것을 방지하여 주는 비산먼지 억제제 조성물에 관한 것이다.

미세먼지(PM-10)란 대기 중 흩날리는 입자상 물질로 연료의 연소, 자동차배출가스와 각종 건설 토목공사장에서 발생된다. 비산분진이라고도 하며, 시멘트 공장이나 연탄 공장, 도정공장, 골재 공장 등에서도 배출된다. 환경기준은 연간 70㎍/㎥이하, 24시간 150㎍/㎥이하이다. 이러한 비산먼지는 공기 중에 부유 상태로 존재하면서 식물의 잎에 부착되어 잎의 기공을 막고 햇빛을 차단하여 동화작용, 호흡작용 및 증산작용 등을 저해하여 식물 생육에 악영향을 미치며, 또 호흡을 통해 인체에 침입하여 기관지 및 폐에 부착된다. 이들 입자 중 일부는 기침, 재채기, 섬모운동 등에 의하여 제거되나 일부는 폐포 등에 침착·축적되어 인체에 유해한 영향을 나타낸다. 특히 인체에 대한 영향으로 입자상 물질들은 가스상 물질에 비해 인체의 폐에 침착되기 쉽기 때문에 다른 대기오염물질보다 인체 건강에 더 큰 악영향을 초래할 가능성이 있는 것으로 알려져 있다. 특히 사람이 호흡할 때 직경이 10.0㎛이하인 미세입자들은 호흡기를 통하여 폐에까지 도달하여 침착될 수 있다고 한다. 미국에서는 이를 근거로 대기환경기준 항목에 PM10을 추가하였다. 폐의 각 부위에 도달하는 정도는 입자의 크기에 좌우되는 데 작은 미세입자일수록 폐 깊숙이 유입되어 각종 질병을 유발할 수 있다.

이러한 각종 건축, 토목 환경에 발생하는 비산먼지에 대한 대책으로 집진기 설치와 같은 먼지를 빨아들여 정화하는 장치가 있으나 사용하는데 비용이 많이 들고 공간의 제한이 있으며, 공사용 임시 팬의 경우 주름관을 사용한 팬으로 강제 환기를 시키는데 이때, 외부로 빠져나가는 먼지는 별도 처리하여야 하는 불편함이 있으며 2차적인 오염이 발생할 수 있다.

가장 저렴한 방법으로 물 분사 또는 살수 방법이 있으나 기온이 낮을 때는 분사 후 얼어서 작업자들에게 오히려 위험성이 증가하고 기온이 높을 때는 증발이 빠르므로 연속적으로 분사하여야 하는 불편함이 있으며 먼지를 완전히 막지 못하고, 콘크리트를 절단된 가루와 물로 시간이 지나면 굳어 버려 2차 오염이 발생할 수 있다.

이러한 비산먼지 억제제의 예로 비포장 지면의 비산먼지를 억제하는 먼지 시공방법 및 그 먼지 억제제(대한민국 특허 10-0494538호)에서는 염화마그네슘과 물을 혼합 하여 여러번에 걸쳐서 살포하는데 염화마그네슘은 다양한 수화물의 구조를 지니고 있으며 혼합시 이온화 되고 또한 많은 양을 사용하면 토양 염분도를 증가시켜 식물생장을 방해하고 토양 산성화를 일으킬 수 있다. 또한 분진 비산방지제(대한민국 특허 10-0853828호)에서는 폴리비닐알코올과 LAS계 및 라우릴계 음이온 계면활성제를 사용하는 방법이 있으나 폴리비닐알코올의 수용액을 이용하는 수용화는 60 ~ 70℃까지 승온하여 반응하여야 하며 폴리비닐알코올의 중합도에 따라 용해성에 큰 차이를 나타내며 또한, 음이온계면활성제를 이용하면 반응 전후 거품발생이 심하여 작업하는데 어려움이 있으며 이러한 거품은 극성인 비산먼지의 폴리비닐알코올과의 점착 코팅을 방해할 수 도 있다.

이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 연구를 행한 결과, 다음과 같은 사실에 착안하여 본 발명을 제안하였다.

비산 먼지 발생이 많은 건축 및 건물해체 현장, 토목 건설 현장, 비포장도로에서 분사 또는 살수하여 비산하거나 비산하려는 미세먼지(PM10) 표면에 점성, 극성과 밀도 차이에 의하여 점착 코팅되어 미세먼지가 비산되는 것을 방지하여 쾌적한 작업환경과 인근 주민과 작업자의 건강을 위한 비산먼지 억제제 조성물을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

과제를 해결하기 위하여 본 발명은 수용액 100중량%에 유화 분산 기능을 가진 비이온 계면활성제 0.2 ~ 5.0 중량%와 소포 기능과 용해력을 지닌 알코올류 0.5 ~ 3.0 중량%와 색을 나타내기 위하여 지당으로 알려진 산화티탄(TiO₂) 또는 탈크(Talc, 활석)를 0.5 ~ 3.0 중량% 혼합하고 여기에 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate) 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate)의 친수성 합성고분자 또는 알긴산나트륨(Sodium Alginate), 글루코만난(곤약만난), 덱스트란, 구아검(Guar gum), 로코스트 빈 검(Locust bean gum), 전분의 천연 다당류 고분자 중에서 1종 또는 2종을 선택하여 0.5 ~ 20.0 중량%와 나머지는 수용액으로 이루어지는 것으로 비산 먼지 발생이 많은 건축 및 건물해체 현장, 토목 건설 현장, 비포장도로에서 분사 또는 살수하여 비산하거나 비산하려는 미세먼지(PM10) 표면에 점성, 극성과 밀도 차이에 의하여 점착 코팅되어 미세먼지가 비산되는 것을 방지하여 주는 비산먼지 억제제 조성물을 제공한다.

본 발명으로 제공된 조성물을 건축, 토목 현장의 작업조건에 따라 분사 또는 살수하면 비산하거나 비산하려는 미세먼지(PM10) 표면에 점성, 극성과 밀도 차이에 의하여 점착 코팅되어 미세먼지가 비산되는 것을 방지하여 쾌적한 작업환경과 인근 주민과 작업자의 건강을 보호하는 효과를 가진다.

본 발명의 비산먼지 억제제 조성물은 친수성 합성고분자 또는 천연 다당류 고분자와 계면활성제, 안료 등의 첨가제를 이용하여 혼합하여 제조한다.

수용액 100중량%에 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate) 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate)의 친수성 합성고분자 또는 알긴산나트륨(Sodium Alginate), 글루코만난(곤약만난), 덱스트란, 구아검(Guar gum), 로코스트 빈 검(Locust bean gum), 전분의 천연 다당류 고분자 중에서 1종 또는 2종을 선택하여 0.5 ~ 20.0 중량%인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 3.0 ~ 10.0 중량%를 혼합하는 것이 좋다.

선택된 친수성 합성고분자 또는 천연고분자의 함량이 0.5 중량% 보다 적으면 점착코팅의 효과가 미미하다. 구체적으로 미세먼지에 대한 점착코팅 작용효과가 미미하여 코팅에 의한 비산 먼지 방지효과가 떨어지며 제조한 비산 먼지 억제제 용액의 분산 안전성도 떨어져 바람직하지 않다.

또한 함량이 20.0 중량%를 초과하여 높으면, 제조한 용액의 점성이 너무 높아져 제 조하기가 어렵다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.

본 발명에 의하면, 유화 분산 기능을 가진 비이온 계면활성제 0.2 ~ 5.0 중량%와 소포 기능과 용해력을 지닌 알코올류 0.5 ~ 3.0 중량%와 색을 나타내기 위하여 지당으로 알려진 산화티탄(TiO₂) 또는 탈크(Talc, 활석)를 0.5 ~ 3.0 중량% 혼합한다.

또한, 상기 비이온 계면활성제는 폴리옥시에틸렌류, 솔비탄류, 아미드류 및 아민류 등의 유도체를 사용할 수 있다. 바람직하게는 솔비탄모노올레이트, 솔비탄모노라우릴레이트, 라우릴 디에틸 아민 옥사이드, 야자유 알킬디메틸아민 옥사이드, 야자유지방산 디에탄올 아미드, 및 야자유 지방산 모노에탄올 아미드 등의 유도체로부터 선택된 1종을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용한다. 더욱 바람직하게는 가격도 저렴한 폴리옥시에틸렌 솔비탄(polyoxyethylene sorbitan)을 사용하는 것이 좋다.

상기 비이온 계면활성제는 유화분산과 가용화 효능을 갖게 하기 위한 것으로서, 본 발명의 성분 전체 100중량% 중에 0.2 ~ 5.0중량%로 함유된다. 이때, 상기 비이온 계면활성제의 함량이 0.2중량% 미만인 경우에는 유화분산의 효과가 미미하며, 5.0중량%를 초과하는 경우에는 거품으로 인하여 상품성이 떨어짐과 동시에 유화분산기능으로의 효과도 반감될 수 있다. 이를 위해 바람직하게는 베이스 성분 전체 100중량% 중에 0.5 ~ 2.5중량%로 함유된다.

한편, 본 발명의 건축, 토목환경에서 사용 가능한 비산먼지 억제제 조성물은 다음과 같은 방법에 의하여 제조될 수 있다.

수용액에 유화 분산 기능을 가진 비이온 계면활성제와 소포 기능과 용해력을 지닌 에틸알코올, 색을 나타내기 위하여 산화티탄(TiO₂) 또는 탈크(Talc, 활석)를 충분히 혼합 교반하면서 온도를 25 ~ 40℃로 승온하고 여기에 선택된 친수성 합성고분자 또는 천연고분자 1종 또는 2종을 서서히 적하하면서 충분히 고속 분산 교반시킨다. 이때, 시간은 일반적으로 2 ~ 3 시간 정도 고속교반을 실시하여 색을 나타내는 산화티탄 또는 탈크의 침전물이 생성되지 않을 때까지 실시하며 교반 후반에 실온으로 냉각하면 점성이 있는 흰색의 비산먼지 억제제 조성물이 완성된다.

비산 먼지 발생이 많은 건축 및 건물해체 현장, 토목 건설 현장, 비포장도로에서 분사 또는 살수하여 비산하거나 비산하려는 미세먼지(PM10) 표면에 점성, 극성과 밀도 차이에 의하여 점착(adhesion) 코팅되어 미세먼지가 비산되는 것을 방지하여 주는 비산먼지 억제제 조성물로서 현장에서의 사용법으로는 원액을 물에 일정량 희석하여 스프링클러, 스프레이 건 또는 살수차를 이용하여 분사 또는 살수하면 되는데 사용자가 작업환경에 따라 적절히 점성을 맞추어 사용하면 된다.

이하 본 발명의 실시 예는 본 발명의 일부분을 보다 구체적으로 설명하고 있으나 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시 예]

상온에서 2.0리터의 체적을 지닌 반응기에 0.7리터의 물을 넣고 유화 분산 기능을 가진 비이온 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 솔비탄 10.0g과 에틸알코올 25.0g, 지당 으로 알려진 산화티탄(TiO₂) 20.0g을 넣어 온도를 30℃로 승온하면서 30분 동안 교반하였다. 여기에 알긴산나트륨(Sodium Alginate) 120.0g을 서서히 적하하면서 고속 교반하였으며 적하가 끝난 후 중량% 조건에 맞도록 나머지의 물을 첨가하였으며 침전물이 생성되지 않고 점성이 생긴 것을 확인 한 후 상온으로 냉각하면서 교반을 충분히 실시하여 점성이 있는 흰색의 비산먼지 억제제 조성물을 제조하였다.

< 비산먼지 억제제 분사실험 >

상기의 보인 실시 예에 따라 제조한 비산 먼지 억제제에 대하여 다음과 같이 실험을 실시하였다. 대기 중에 부유하고 있는 입자상 물질을 로우 볼륨 에어 샘플러(High Volume Air Sampler) 방법을 이용하여 여과지위에 포집하는 방법으로 입자상 물질 전체의 질량농도를 측정하였다. 포집입자는 직경 10㎛ 이하이다. 실험조건은 표 1과 아래 식과 같다.

	Low-Volume Sampler
측정대상입경	10.0㎛이하
측정시간	분사 후 50분
흡인유속	25ℓ/min(0.025/min)
분립장치	사이클론형

비산먼지 농도 = (포집후여과지무게-포집전여과지무게)/(유량×가동시간)

비산먼지 농도 = (0.716g-0.175g)/(0.025/min×50min)

= 8×10^-4g/min = 0.8mg/min

비산 먼지가 많이 배출되는 작업환경 4 지역을 상기의 농도 측정방법을 이용하여 측정하고 그 결과를 하기 [표 2]에 제거 효율(%)로 나타내었다. 그리고 물 분사만 하는 일반 작업 환경의 경우를 비교 예로 하였다.

작업환경지역	초기	실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3	비교 예
A	-	75.2	65.4	84.1	15.7
B	-	76.3	71.4	86.5	22.2
C	-	82.5	78.5	87.9	18.7
D	-	83.2	79.8	89.8	25.8

상기의 결과, 본 발명에 의해 제조된 비산먼지 억제제 조성물은 물 분사만 하는 비교 예에 비하여 우수한 비산먼지 제거 효율을 나타내었음을 확인 할 수 있었다.

도 1은 본 발명으로 제조한 비산먼지 억제제 조성물의 분사 전 후 사진으로서 (가)는 분사 전이며 (나)는 분사 후를 나타낸 것이다.

Claims

수용액 100중량%에 유화 분산 기능을 가진 비이온 계면활성제 0.2 ~ 5.0 중량%와 소포 기능과 용해력을 지닌 에틸알코올 0.5 ~ 3.0 중량%와 색을 나타내기 위하여 지당으로 알려진 산화티탄(TiO₂) 또는 탈크(Talc, 활석)를 0.5 ~ 3.0 중량% 혼합하고 여기에 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴산나트륨(Sodium Polyacrylate) 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate)의 친수성 합성고분자 또는 알긴산나트륨(Sodium Alginate), 글루코만난(곤약만난), 덱스트란, 구아검(Guar gum), 로코스트 빈 검(Locust bean gum)의 천연 다당류 고분자 중에서 1종 또는 2종을 선택하여 0.5 ~ 20.0 중량%와 나머지는 수용액으로 이루어지는 비산먼지 억제제 조성물.
비이온성계면활성제는 폴리옥시에틸렌류, 솔비탄류, 아미드류 및 아민류의 유도체를 사용할 수 있다. 솔비탄모노올레이트, 솔비탄모노라우릴레이트, 라우릴 디에틸 아민 옥사이드, 야자유 알킬디메틸아민 옥사이드, 야자유지방산 디에탄올 아미드, 및 야자유 지방산 모노에탄올 아미드의 유도체로부터 선택된 1종을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용하는 비산먼지 억제제 조성물.
알코올류는 메탄올, 에탄올 및 이소프로판올로 이루어진 그룹으로부터 적어 도 하나 선택된 것임을 특징으로 하는 비산먼지 억제제 조성물.