KR20130054022A - 양식 어망용 동합금 - Google Patents

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곽범수
양나래
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Abstract

본 발명에 따른 양식 어망용 동합금은, 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 인(P) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

양식 어망용 동합금{Copper alloy for fish farming net}
본 발명은 양식 어망용 동합금에 관한 것으로서, 수중에서 생물부착을 억제하여 표면특성이 우수하고, 내식성을 향상시켜 친환경적이고, 사용 수명이 증가한 양식 어망용 동합금 소재에 관한 것이다.
최근 세계적으로 해양 양식에 따른 환경오염을 감소시켜 지속 가능한 미래를 얻고, 양식에 따른 생산성 향상을 위한 분야에 관심이 증가하고 있다.
연안(inshore) 양식 산업에 있어서 가장 문제가 되는 것이 연안 해수면의 오염뿐만 아니라, 해저 오염이다. 최근 정부에서는 연안의 휴식년제를 검토 및 시행하는 단계까지 이르러, 환경 오염의 실태를 극명하게 나타내고 있다. 현재 어망에 달라붙는 부착생물(biofouling)을 3개월에 한번 씩 제거하기 위해, 어민들이 방오제나 화학약품을 사용하고 있다. 또한, 부착 생물에 의해 어망 사이로 해류 흐름이 방해받아, 산소 공급이 감소하고, 양식 어종의 폐사율이 높아져, 생산성 하락을 유발하는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점의 가장 큰 원인은 어망소재로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 나일론 등 부착생물이 잘 달라붙는 소재를 사용하기 때문이다.
종래에 양식 어망의 소재는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론, 폴리에스터 섬유 등이 채용되었다.
폴리에틸렌은 열가소성 플라스틱으로, 어망의 80% 이상을 차지한다. 이 그물은 매듭이 있는 것(결절망, knotted nets)과 없는 것으로 구분되나, 어민들은 대부분 매듭이 없는 무결절망을 사용한다. 그러나, 폴리에틸렌 소재의 어망의 표면에는 부착생물이 잘 달라붙어 어망의 수명이 짧고, 사료 찌꺼기, 방오제와 화학약품이 해저에 축적되어 양식장 환경을 오염시키는 문제점이 있다.
폴리프로필렌은 열가소성 플라스틱으로, 폴리에틸렌과 흡사하지만 강도가 높고, 가벼우며, 성형가공이 쉬워서 전선 피복이나 합성섬유에 널리 사용된다. 그러나, 폴리프로필렌은 폴리에틸렌보다 20~30% 정도 부식속도가 높은 문제점이 있다.
나일론은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 보다 내구성이나 강도가 나쁜 문제점이 있다. 나일론 그물은 대부분 유자망(drift grill nets)에 적용된다.
그 밖에 폴리에스터 섬유로 만들어진 어망은 일반 플라스틱보다 강도가 10배가 높고, 구김이 잘 가지 않지만 가격이 고가인 문제점이 있다. 폴리에스터 섬유로 만들어진 어망도 부착생물 문제는 해결하지 못하고 있다. 최근에는 스테인리스 강선에 피복을 입힌 소재도 시도되고 있으나, 이 소재도 부착생물 문제는 해결하지 못한다.
이에 따라 어망용 소재로서 인간 생활과 산업 분야의 황동이나 첨단 기술에서 사용되는 동까지 동합금을 양식 어망용 소재로 사용할 필요성이 제기되었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서 어망의 표면에 생물이 부착되는 것을 억제하고, 어망의 수명을 연장하고, 방오제와 화학약품을 사용하지 않도록 함으로써 해저 오염을 감소시킬 수 있도록 물성이 향상된 양식 어망용 동합금 소재를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 양식 어망용 동합금은, 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 인(P) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 점에 특징이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시 예에 따른 양식 어망용 동합금은, 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 비소(As) 0.02wt% 내지 0.35wt%, 안티몬(Sb) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 점에 특징이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 양식 어망용 동합금은, 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 인(P) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 안티몬(Sb) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 점에 특징이 있다.
본 발명에 따른 양식 어망용 동합금은 해양에서 설치되는 경우에도 탈 아연 부식을 억제하여 내식 특성이 향상되고 어망의 표면에 부착물이 부착되는 것을 억제하여 어망의 수명을 연장하며 해저 오염을 방지하는 양식 어망용 동합금 소재를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금의 성분표이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 동합금의 화학성분 분석결과이다.
도 3은 종래의 황동합금과 도 2에 도시된 동합금의 내식성을 비교한 시험결과이다.
도 4는 본 발명에 따른 동합금의 기계적 물성치를 보여주는 시험결과이다.
도 5는 본 발명에 따른 동합금으로 제조된 어망 시제품과 종래의 플라스틱이 코팅된 스틸 어망을 해상 양식장에 설치한 후 5개월이 경과한 상태의 사진이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금의 성분표이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 동합금의 화학성분 분석결과이다. 도 3은 종래의 황동합금과 도 2에 도시된 동합금의 내식성을 비교한 시험결과이다. 도 4는 본 발명에 따른 동합금의 기계적 물성치를 보여주는 시험결과이다. 도 5는 본 발명에 따른 동합금으로 제조된 어망 시제품과 종래의 플라스틱이 코팅된 스틸 어망을 해상 양식장에 설치한 후 5개월이 경과한 상태의 사진이다.
도 1을 참조하면 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금으로서 3가지의 합금 세트가 도시되어 있다.
최근의 여러 실험 연구들은, 상온에서 건조한 상태의 동 및 동합금 표면에서, 인간 병원체로 알려져 있는 여러 가지 박테리아들이 멸균된다는 결과를 보여 주고 있다. 즉, 살아 있는 박테리아 수가 1~2시간 안에 모두 박멸된다. 이에 반해, 스테인리스 스틸 표면에 생존하고 있는 박테리아 수는 여러 시간 또는 여러 날이 지난 후에도 감소하지 않는다. 표면이 채색되거나 도금된 표면을 가지는 알루미늄이나 플라스틱, 항균성을 위한 은 이온 코팅이나 항균 표면처리들도 스테인리스 스틸과 같이 살균 효과가 없다. 이러한 결과들은 박테리아 오염을 감소시킬 수 있는 물질로서 사람이 접촉하는 노출 표면에 동합금이 적합하다는 것을 의미한다. 동합금은 이외에도 리스테리아균, 살모넬라균, 인플루엔자 A(조류독감)에도 항균 효과를 나타낸다. 최근에는 신종 인플루엔자 A 바이러스(H1N1)의 여파가 점점 더 확산되고 있는 가운데 동의 항균성이 큰 이슈가 되고 있다. 특히 식량 공급의 주요 산업으로 해양 수산양식이 주목 받고 있는 요즈음, 양식사업에서의 가장 큰 문제점인 부착생물(biofouling)을 방지할 수 있는 양식어망 소재로서, 항균성을 가지는 동합금의 사용이 기대된다.
각각의 양식 어망용 동합금에 대해 상세하게 서술하기로 한다.
먼저, 제1실시 예에 따른 양식 어망용 동합금은 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 인(P) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 것을 특징으로 한다. 황동합금에서 동(Cu)의 내식성은 아연(Zn)이 35wt% 이상인 경우에 부식이 증가한다. 따라서 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금에서 동(Cu)의 함유량을 65.0wt% 미만으로 한정하였다. 또한, 상기 동(Cu)의 함유량이 65.0wt%를 초과하는 경우에는 내식성이 향상되는 반면에서 절삭 가공성이 저하되는 문제점이 있다. 한편, 동(Cu)의 함유량이 60wt% 미만인 경우에는 α+β상을 가지는 조직을 가지게 된다. 그 결과 다른 첨가 원소나 생산공정을 변화시켜도 β상의 함량을 줄일 수 없기 때문에 내식특성이 나빠지는 문제점이 있다. 따라서 절삭 가공성을 떨어뜨리지 않으면서 내식성을 향상시킬 수 있는 동(Cu) 함량의 범위가 60.0wt% 내지 65.0wt%가 된다.
주석(Sn)은 황동의 내식성을 향상시키는 원소로, β상 안정화 원소이다. 주석(Sn)은 일반적인 부식에는 효과가 있으나, 탈 아연 부식 억제에는 효과가 작다. 주석(Sn)의 함유량이 0.5wt% 미만인 경웅에는 내식성 향상의 효과가 작다. 주석(Sn)의 함유량이 1.0wt%를 초과하는 경우에는 γ상의 취약한 상이 출현하므로 주석(Sn)의 함유량을 조절하여야 한다.
또한, 인(P)은 0.02wt% 내지 0.50wt% 포함된다. 인(P)은 동합금 내에서 비소(As)나 안티몬(Sb)과 같이 유사한 작용을 하며 그 작용은 α황동의 탈 아연 부식 억제 작용을 한다. 그러나, 공업적으로 중요한 (α+β) 황동합금의 β상에 대해서는 인(P)이 탈 아연 부식 억제 작용을 나타내지 못하는 것으로 알려져 있다. 그 이유는 인(P)이 선택적으로 α상에 모이고 β상 결정립을 보호하지 못하기 때문이다. 즉, 인(P)은 α상의 안정화 원소로서 작용한다. 인(P)의 함유량이 0.02wt% 미만인 경우에는 α상의 안정화 효과가 미미한 문제점이 있다. 한편, 인(P)의 함유량이 0.50wt%를 초과한 경우에는 여분의 인(P)이 α상과 β상의 상 경계에 편석되어 입계 부식을 유발하는 문제점이 있다.
납(Pb)은 불순물 수준으로 불가피하게 유입되는 원소로서 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금에서 납(Pb)이 포함되지 않는 것이 더욱 바람직하나 납(Pb) 0.2wt%까지는 물성에 큰 영향을 주지 않는 것으로 파악되었다.
나머지 원소는 아연(Zn)이 포함되어 전체적으로 동(Cu)과 아연(Zn)이 주성분이 되는 황동합금이 된다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 양식 어망용 동합금은, 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 비소(As) 0.02wt% 내지 0.35wt%, 안티몬(Sb) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제2실시 예의 동합금은 탈 아연 부식 억제 작용을 하는 원소인 비소(As)와 안티몬(Sb)을 함께 첨가한 것이다. 제2실시 예에서 첨가되는 비소(As)와 안티몬(Sb)은 제1실시 예에서 서술한 바와 같이 인(Pb)의 작용효과와 유사하게 동합금에서 탈 아연 부식을 억제하는 작용을 한다. 제2실시 예에서 비소(As)의 함유량이 0.02wt% 미만인 경우에는 α상의 안정화 효과가 미미한 문제점이 있다. 한편, 비소(As)의 함유량이 0.35wt%를 초과하는 경우에는 여분의 비소(As)가 α상과 β상의 상 경계에 편석 되어 입계 부식을 유발하는 문제점이 있다. 한편, 제2실시 예에서 안티몬(Sb)의 함유량이 0.02wt% 미만인 경우에는 α상의 안정화 효과가 미미한 문제점이 있다. 한편, 안티몬(Sb)의 함유량이 0.50wt%를 초과하는 경우에는 여분의 안티몬(Sb)이 α상과 β상의 상 경계에 편석 되어 입계 부식을 유발하는 문제점이 있다. 또한, 안티몬(Sb)의 함유량이 0.50wt%를 초과하는 경우에는 동합금의 열간 가공성이 나빠지는 문제점이 있다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 양식 어망용 동합금은, 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 인(P) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 안티몬(Sb) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
제3실시 예의 동합금은 탈 아연 부식 억제 작용을 하는 원소인 인(P)과 안티몬(Sb)을 함께 첨가한 것이다. 인(P)과 안티몬(Sb) 각각의 첨가량은 제1실시 예 및지 제2실시 예와 동일하다. 제2실시 예에 따른 동합금은 인(P)과 안티몬(Sb)이 탈 아연 부식 억제작용을 함께 발현할 것으로 기대할 수 있다.
이상 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금의 3가지 실시 예의 구성 성분에 대해 서술하였다.
이하에서는 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금이 종래의 동합금에 비하여 내식성이 향상된 정도를 평가하고 기계적인 특성을 평가하여 양식 어망용 소재로서 사용하기에 적합한지를 살펴 보기로 한다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따라 제조된 동합금의 화학성분을 분석한 자료이다. 도 2에 도시된 동합금을 종래의 내식황동과 내식성 시험을 비교한 결과가 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 시험결과는 내식성 시험 표준인 AS2345-2006을 적용하여 시험한 결과이다. 비교 대상인 종래의 내식황동은 동(Cu) 57.9wt%, 아연(Zn) 35.5wt%, 납(Pb) 3.30wt%, 주석(Sn) 0.28wt%를 포함한 Cu-Zn-Pb 계열의 황동합금이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시 예들에 따른 동합금의 최대 부식 깊이 및 평균 부식 깊이가 종래의 황동합금에 비하여 현저하게 향상된 것을 알 수 있다. 일반적으로 양식용 어망으로 사용하기 위한 내식성의 요구 기준은 위에서 언급한 내식성 표준 시험결과 평균 부식 깊이가 300㎛ 이하이다. 이러한 관점에서 볼 때 본 발명에 따른 동합금은 이러한 기준을 만족하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 동합금은 어망용으로 사용할 수 있을 정도의 내식성을 가진다고 평가할 수 있다.
도 4를 참조하면 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금의 기계적인 특성을 알 수 있다. 도 4에는 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금으로 제조된 어망용 와이어의 물성치를 보여준다. 도 4를 참조하면 본 발명의 제1실시 예에 따른 동합금으로 제조된 와이어의 직경이 φ3.2, φ4.0, φ19인 시료의 인장강도와 연신율과 경도를 측정한 결과가 종래의 동합금의 물성에 비해 대등하거나 우수한 것을 알 수 있다. 이러한 물성치는 양식 어망용으로 사용하기에는 부족함이 없는 기계적 특성으로 파악되었다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 동합금으로 제조된 어망 시제품과 종래의 플라스틱이 코팅된 스틸 어망을 해상 양식장에 설치한 후 5개월이 경과한 상태의 사진이다. 도 5를 참조하면 본 발명에 따른 동합금으로 제조된 어망의 표면에 부착된 부착물은 종래의 어망에 비해 현저하게 적음을 알 수 있다.
본 발명에 따른 양식 어망용 동합금으로 제조된 어망은 생물 부착을 억제하고, 이로 인한 청결한 어망은 해류의 흐름과 순환을 향상시키다. 또한, 잘 성장하거나 부패되는 물고기로부터 기생 생물과 병원균을 억제하는 산소의 농도를 높게 유지하는데 도움을 준다. 어망의 청소나 교체를 최소화할 수 있음에 따라, 교체 과정에서 발생하는 어류의 극심한 스트레스를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금으로 제조된 어망은 좋은 환경을 유지함에 따라, 치어의 폐사율이 낮아지며, 어류의 성장률을 높인다. 즉, 성장주기를 감소시켜, 사료 소비량을 줄이는 효과가 있다. 건강한 어류는 판매 시 중량이 많아지고, 이에 따라 판매 가격도 높아진다. 물론 어장에서의 어류 밀도가 높아, 어망 m3당 비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금으로 제조된 어망은 전통적인 어망과 달리 망에 붙은 부착물을 제거하거나 청소를 할 필요가 없다. 이것은 유지비용 및 잠수부들의 위험수당 등 전체 비용을 낮춘다. 또한 용존 산소의 증가에 따라 성장 환경이 개선되어, 사료효율(FCR)도 향상되어, 판매 어류의 단위 kg 당 사료값이 낮아진다. 사료 비용은 약 15%까지 줄일 수 있다. 물론 항생제와 약품 사용 비용도 감소된다. 또한, 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금으로 제조된 어망은 높은 강도와 내식성을 가지므로 해양 양식산업에 적합하며 현존하는 양식산업 중 빠른 만족감을 줄 것으로 기대된다. 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금으로 제조된 어망은 해양 구조물에 필수적인 높은 기계적 강도와 가공이 용이하므로 강한 파도와 해류, 심지어 이러한 근해에 대항하여 어망 형태를 그대로 보존할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 동합금으로 제조된 어망은 5년 동안 또는 적용시설의 상태에 따라 10년까지도 사용이 가능하다. 동합금 어망은 해양에서 시간이 흐르는 동안 아주 적은 양만 손실 되고, 완전히 100% 재사용이 가능하다. 강도를 감안하여, 그물 직경이 15% 정도 감소되면 폐기하도록 함에 따라, 수명을 명확히 할 수 있다. 한편, 2008년, 해양양식 산업은 170,000m3의 폐기물을 매립지에 보냈다. 이것의 많은 양은 어망에서 제거된 부착생물이며, 이 부착생물이 분해될 때 메탄이 발생한다. 메탄은 CO2 보다 62배 큰 온실효과를 나타내는 환경물질이다. 현재, 메탄이 글로벌 온실효과의 15%를 차지하고 있어, 본 발명에 따른 동합금으로 제조된 어망은 부착생물을 방지하므로, 온실효과를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금은 본 발명의 서두에서 언급한 바와 같이 종래의 합성수지에 비하여 강력한 항균효과를 수반하므로 양식장에서 병원균에 의해 양식되는 수산식물을 병충해로부터 보호하는 작용효과도 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 양식 어망용 동합금은 해양에서 설치되는 경우에도 탈 아연 부식을 억제하여 내식 특성이 향상되고 어망의 표면에 부착물이 부착되는 것을 억제하여 어망의 수명을 연장하며 해저 오염을 방지하는 양식 어망용 동합금 소재를 제공하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 인(P) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 양식 어망용 동합금.
  2. 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 비소(As) 0.02wt% 내지 0.35wt%, 안티몬(Sb) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 양식 어망용 동합금.
  3. 동(Cu) 60.0wt% 내지 65.0wt%, 주석(Sn) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 인(P) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 안티몬(Sb) 0.02wt% 내지 0.50wt%, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하고 나머지는 아연(Zn)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 양식 어망용 동합금.
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