KR20160146407A - 정수슬러지와 애쉬를 이용한 애완동물용 모래탈취제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 정수슬러지와 애쉬를 이용한 애완동물용 모래탈취제에 관한 것으로, 더 상세하게는 정수슬러지와 애쉬와 석회석을 혼합한 활성슬러지를 소성 및 탄화시킨 탄화물에 양전하물질을 코팅하여 구성된 모래탈취제에 관한 것이다.
본 발명의 애완동물용 모래탈취제는, 정수슬러지와 애쉬의 흡착에 의한 탈취효과와, 양전하물질의 전위차에 의한 흡착탈취효과를 동시에 제공함으로써 기공에 흡착되지 않는 기공보다 작은 크기의 미세 오염물질도 전위차에 의해 흡착 제거되는 이중 탈취효과를 통해 탈취력을 향상시키는 제품의 제공이 가능하게 되었다.
본 발명의 애완동물용 모래탈취제는, 정수슬러지와 애쉬의 흡착에 의한 탈취효과와, 양전하물질의 전위차에 의한 흡착탈취효과를 동시에 제공함으로써 기공에 흡착되지 않는 기공보다 작은 크기의 미세 오염물질도 전위차에 의해 흡착 제거되는 이중 탈취효과를 통해 탈취력을 향상시키는 제품의 제공이 가능하게 되었다.
Description
본 발명은 정수슬러지와 애쉬를 이용한 애완동물용 모래탈취제에 관한 것으로, 더 상세하게는 정수슬러지와 애쉬와 석회석을 혼합한 활성슬러지를 소성 및 탄화시킨 탄화물에 양전하물질을 코팅하여 구성된 모래탈취제에 관한 것이다.
일반적으로, 사람이 살아가기 위한 의식주(衣食住)가 기본적인 필수요소이며, 현대사회는 산업과 문명의 발달로 인해 도시화되어 자연에서 벗어나 인공적인 환경에서 살아가고 있다.
도시화된 인공적인 환경에서도 인간의 본능은 환경친화적이며 자연에 속하여 자연으로 돌아가고 싶은 욕구가 절실하며, 핵가족화와 고령화에 따른 사회적 외면과 고독함과 외로움에 따른 우울증 등의 경제발전에 따른 사회적모순이 점점 심화되고 있다.
예전의 농경사회에서는 개, 고양이는 물론, 햄스터, 고슴도치, 토끼 등과 같은 중소형 동물은 부족한 식(食)을 위해 사육되거나 또는, 매매를 목적으로 사육하였으나, 현재는 단순한 동물이 아닌 가족의 일원으로 인식되고 있다.
도심속에서 자연과 동물의 친근함을 얻고 교감을 통해 자연을 알고 삶의 질을 높이기 위한 수단을 애완용 동물이 확대되고 있으며, 동물애호가나 마니아에 의해 다각적으로 애완동물에 대한 수요가 점증적으로 높아지고 있다.
현재, 다종의 애완동물이 일반가정이나 영업소 및 동물원이나 농장 등에서 사육되고 있으며, 특히, 고양이나 햄스터, 고슴도치, 토끼 등과 같은 중소형 동물은 동물이라는 개념을 넘어 가족이며 인생의 동반자의 역할로 자리잡고 있는 추세이다.
고양이나 햄스터, 고슴도치, 토끼 등과 같은 중소형 동물을 키우기 위해서는 사람과 마찬가지로 집과 음식 및 기타 도구가 필수적으로 요구되며, 음식과 동물 우리의 경우에는 동물의 특성에 따라 다양한 형태의 사료와 우리가 널리 보급되어 사용되고 있다.
상기와 같이, 애완동물을 가족의 일원으로 생각하고 함께 살아가는 동반자로 취급되고 있으므로, 애완동물용 용품이 다각도로 개발되어 사용되고 있으며, 특히, 동물우리라는 개념이 단순히 가둬 기르고 잠자리를 위해 수단이 아니라, 인간과 마찬가지로 각종 놀이기구와 위생적이고 청결한 환경에서 살아갈 수 있도록 화장실 공간, 사료공간, 잠자리 공간 등의 각종 편의시설이 구성되어 있다.
그러나, 애완동물이 가족의 일원이며 동반자 역할을 수행한다고는 하지만, 지능이 낮고 동물의 본능에 충실하게 생활하게 되므로, 동물 특유의 세균과 냄새를 풍기게 되며, 대,소변이나 분비물에 의한 악취가 발생하게 되고, 분비물을 스스로 처리할 수 없으므로, 실내에서 사육되는 경우 각종 악취를 발생시키게 되어 청결한 위생관리가 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
일반가정의 실내에서 고양이, 강아지, 햄스터, 고슴도치, 토끼 등과 같은 애완동물을 우리에 가둬 기르는 과정에서, 우리 바닥에는 볏짚이나 갈대, 나무 톱밥 또는 모래, 펄프 모래 등으로 구성된 베딩이 사용되고 있다.
특히, 고양이의 경우에는 대,소변을 처리하기 위한 수단으로 일명 '고양이 모래'가 사용되고 있다. 상기와 같은 종래의 고양이 모래는 단순히 바닥을 구분하고 배설물을 은폐하기 위해 사용될 뿐, 기능성이 없고 장시간 사용하게 되면, 건조로 인해 부스러져 미세한 입자가 발생되고, 바람에 쉽게 날려 실내공기를 오염시키는 주원인을 제공하고 있다.
또한, 기존의 고양이 모래는 분진에 의한 피해가 크고, 배설물에 대한 기능 즉, 악취에 대한 탈취기능을 거의 없으므로 배설물에서 발생되는 악취에 무방비한 상태로 악취에 대한 탈취가 요구되고 있는 실정이다.
한국등록특허 제10-1356232호(2014.01.21.등록;이하 '선행문헌' 이라 함)에는 애완용 모래 및 그 제조방법을 제시하였다. 선행문헌은 분말상태의 제올라이트로 이루어진 주원료와, 벤토나이트와 백토로 이루어진 보조원료와, 베이킹소다 및 셀룰로우즈로 이루어진 첨가제가 혼합 및 반죽, 롤링, 건조되어 입상으로 구성된 애완용 모래에 있어서, 상기 주원료는 분말상태의 제올라이트 30중량%에 5중량%의 수분을 혼합 믹싱하여 1~2mm크기를 갖는 입상의 1차원료와, 파쇄된 1~2mm 크기 입자형태의 입상의 제올라이트로 이루어진 2차 원료 40중량%로 혼합 구성되고, 상기 보조원료는 분말상태의 벤토나이트 5중량%와 백토 15중량%로 혼합 구성되며, 상기 첨가제는 베이킹소다 3중량%, 셀룰로우즈 2중량%, 또는 폴리아크릴아미드(polyacrylamide) 5중량%로 혼합구성하여 애완용 모래를 제조하였다.
상기 선행문헌은 애완동물모래에 흡착성분을 갖는 물질을 혼합하여 탈취성능을 제공하는 것으로 흡착성분의 기공보다 작은 물질에 대한 흡착능력은 제공되지 못하므로, 이에 대한 복합성능을 제공할 수 있는 새로운 애완용 모래탈취제에 대한 필요성이 대두되고 있다.
이에 본 발명의 애완동물용 모래탈취제는,
애쉬와 석회석을 혼합 가열시켜 소성시킨 후 양전하물질을 코팅시킴으로써 다공질에 의한 흡착과 양전하물질의 전위차에 의한 흡착이 동시에 제공될 수 있는 애완동물용 모래탈취제의 제공을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 애완동물용 모래탈취제는,
정수슬러지, 애쉬(ASH) 및 석회석을 혼합한 활성슬러지를 가열하여 소성시키고, 상기 소성된 소성물에 양전하물질을 코팅하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 모래탈취제는, 정수슬러지 100중량부에 대해 애쉬 100~200중량부, 석회석 5~20중량부를 혼합하여 활성슬러지를 제조하고, 활성슬러지를 소성 및 탄화시켜 0.01~5mm의 소성물을 제조하고, 상기 소성물 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부를 혼합하여 소성물에 양전하물질을 코팅한 구조를 갖을 수 있다.
또한, 상기 모래탈취제는, 정수슬러지 100중량부에 대해 금속 및 금속산화물 0.001~0.2중량부가 더 혼합될 수 있다.
또한, 상기 금속 또는 금속산화물은, 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택하여 혼합될 수 있다.
또한, 상기 양전하물질은, 키토산 및 4급 암모늄계로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되어 코팅되고; 상기 4급 암모늄계는, 콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 선택될 수 있다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 애완동물용 모래탈취제는,
정수슬러지와 애쉬의 흡착에 의한 탈취효과와, 양전하물질의 전위차에 의한 흡착탈취효과를 동시에 제공함으로써 기공에 흡착되지 않는 기공보다 작은 크기의 미세 오염물질도 전위차에 의해 흡착 제거되는 이중 탈취효과를 통해 탈취력을 향상시키는 제품의 제공이 가능하게 되었다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모래탈취제 제조과정을 도시한 흐름도.
이하 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 정수슬러지와 애쉬를 이용한 애완동물용 모래탈취제의 제조과정을 도시한 흐름도이다.
참조한 바와같이 본 발명의 애완동물용 모래탈취제는,
먼저 정수슬러지와 애쉬(ASH)와 석회석을 혼합하여 활성슬러지를 제조한다.
상기 정수슬러지는 대전 인근 정수처리장에서 공급받은 것으로, 일반적인 조성은 35~50%의 SiO2, 20~30%의 Al2O3을 포함하는 무기물에 유기물이 일부 포함되어 구성된다.
또한, 상기 애쉬는 태안화력발전소의 생성물을 공급받은 것으로, 플라이애쉬와 바텀애쉬의 형태로 수취되고, SiO2가 40~60%, Al2O3가 15~20%, Fe2O3가 10~20%, 기타 TiO2, MgO 및 Cl 등으로 구성된다.
상기 정수슬러지와 애쉬는 다공질의 석회석과 혼합하여 표면적을 증가시켜 활성도를 높인 활성슬러지를 제조한다.
이때 혼합비율은 정수슬러지 100중량부에 대해 애쉬 100~200중량부, 석회석 5~20중량부를 혼합하여 활성슬러지를 제조한다. 상기 애쉬는 정수슬러지보다 SiO2의 함량이 높아 추후 석회석과 혼합되어 소성시 규산칼슘의 생성율 차이에 의해 알갱이화된 소성물의 강도차이가 발생된다. 즉, 정수슬러지보다 알갱이의 강도를 증가시키기 위한 효과를 얻기 위해서는 정수슬러지보다 애쉬의 혼합량이 더 높아야 한다.
따라서, 상기 애쉬는 정수슬러지 100중량부에 대해 100중량부 이하로 혼합할 경우 소성된 알갱이의 강도가 낮아지고 정수슬러지를 재활용하는 효율성이 낮아지는 단점이 있고, 200중량부 이상으로 혼합될 경우 강도는 증가될 수 있으나, 비표면적이 낮아져 탈취효과가 떨어지는 단점이 있으므로, 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 석회석은 5중량부 이하로 혼합되면 표면적 증가가 미비하고, 20중량부 이상으로 혼합될 경우 석회석에 의한 흡착성능 저감현상이 발생하기 때문에 제시된 혼합비율을 유지하는 것이 중요하다.
또한, 상기 정수슬러지와 애쉬와 석회석이 균일하게 혼합되기 위해 전체중량 100중량부에 대해 10~20중량부의 물을 더 첨가하여 교반이 이루어지도록 할 수 있다. 상기 교반시간이 짧으면 정수슬러지와 애쉬와 석회석의 혼합이 균일하게 이루어지지 않고 교반시간이 과하면 균일혼합의 증진이 미비함으로 바람직한 교반시간은 30분 ~ 3시간 이내로 이루어지는 것이다.
아울러, 미생물이나 세균 또는 바이러스에 대해 항균력을 증가시키기 위해 금속 또는 금속산화물을 더 혼합하여 활성슬러지를 제조할 수 있다.
상기 금속 또는 금속산화물로는 이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택할 수 있다.
이러한 금속 또는 금속산화물은 정수슬러지 100중량부에 대해 0.001~0.2중량부로 혼합되어 사용하는 것이 바람직하다. 상기 0.001 중량부 이하로 혼합될 경우 항균성이 미비하고, 상기 0.2중량부 이상으로 혼합될 경우에는 항균성의 증진효과가 커지나 금속 또는 금속산화물이 고가를 형성함으로 경제성이 떨어지는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 혼합사용하는 것이 바람직하다.
다음단계로 상기 활성슬러지를 소성 및 탄화시켜 소성물을 제조하게 된다.
상기 소성온도는 400 ~ 600℃이고, 소성시간은 1~3시간으로 열을 가하여 활성슬러지에 내포된 유기물을 탄화시켜 소성물을 제조한다. 상기 소성에 의해 활성슬러지를 조성하는 정수슬러지의 일부 성분이 용융되어 인접성분과 결합됨으로 0.01~3mm 입경을 갖는 알갱이 형태로 탄화된 소성물이 제조된다.
이 때 상기 소성온도가 400℃ 이하로 가해지면 활성슬러지의 건조 및 탄화시간이 오래 소요되고, 600℃이상의 온도로 가해지면 건조 및 탄화시간을 단축시킬 수 있으나 고열에 의해 정수슬러지 성분의 부분적인 용융정도가 증가되어 알갱이 입경이 과도하게 증가되는 단점이 있으므로 상기 범위로 가해지는 것이 바람직하다.
또한, 소성과정에서는 석회석(CaCO3)이 열을 전달받아 탄산가스를 배출시키면서 다공질의 생석회(CaO)로 변화되며, 이러한 과정에서 표면적이 더욱 증대된다. 또한, 일부 생석회는 정수슬러지의 규산성분과 결합되어 규산칼슘(3CaOㅇSiO2, 2CaOㅇSiO2)으로 변화되며, 이후 물이 혼합되면 결정화가 이루어지면서 강도를 증가시켜 탄화물을 알갱이화 할 수 있다.
본 단계에서의 소성물은 분말상 또는 0.01~5mm 입경을 갖는 알갱이를 의미하는 것이지만 이에 한정하는 것이 아니며, 0.01mm 이하의 입경을 갖는 분말상 또는 알갱이도 포함될 수 있으나 이는 취급이 까다로움으로, 취급용이성을 감안하여 0.01~5mm 입경을 갖는 알갱이가 전체량에 대해 90% 이상 분포되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 소성물은 양전하물질과 혼합하여 코팅하는 단계가 더 이루어진다.
상기 양전하물질로는 키토산 또는 4급 암모늄계로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택하여 용매에 용해시켜 양전하물질 용해액을 제조한다. 상기 양전하물질은 소성물 100중량부에 대해 0.01~5중량부가 혼합되고, 용매로는 물 또는 산(acid)을 사용할 수 있다. 상기 소성물 100중량부에 대해 양전하물질을 0.01중량부 이하로 혼합할 경우 양전하물질의 전위차에 의한 탈취력 제공효과가 미비하고, 5중량부 이상으로 혼합할 경우 소성물의 통공을 메워 비표면적이 감소되어 오히려 탈취성능이 다소 저하되는 단점이 있으므로 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 키토산은 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 60 % 이상, 바람직하기는 65 ~ 98 % 범위로 탈아세틸화하여 얻어낸 물질을 사용할 수 있다. 이때, 상기 키토산의 분자량은 10,000 ~ 100,000 범위를 유지하는 것이 좋다. 상기 분자량이 10,000 미만이면 소성물에 코팅할 때 접착력이 부족할 뿐만 아니라 양전하의 전위가 낮아지기 때문에 음전하를 띠고 있는 미세먼지나 분진의 부착 여과율이 떨어질 수 있으며, 100,000의 분자량을 초과하는 경우에는 용매로 용해하는 과정 중에 점도증가로 작업성의 효율이 떨어지는 문제점이 발생됨으로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 바람직하다.
상기 키토산을 용해시키기 위한 용매로는 산(acid)용액인 구연산, 초산. 황산, 염산 및 질산으로 이루어진 군으로부터 1종 선택할 수 있고, 산용액은 물을 이용하여 희석하여 사용할 수 있으며, 냄새와 환경오염을 방지하기 위해서는 초산을 사용하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 4급 암모늄계는 콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 선택사용할 수 있다. 4급 암모늄계를 용해시키는 용매로는 물(증류수)이 사용될 수 있다.
상기 소성물과 양전하물질이 용해된 양전하물질 용해액을 혼합한 다음 교반한다.
상기 교반은 소성물과 양전하물질 용해액을 균일하게 혼합되도록 하여 소성물의 표면에 양전하물질 용해액이 고르게 코팅되도록 한 것이다.
이러한 교반은 1000~3000 rpm 속도로 30분~2시간 실행하여 균일하게 혼합하는 것이 바람직하다. 상기 30분 이하로 교반하면 소성물과 양전하물질 용해액의 혼합이 균일하게 이루어지지 않아 소성물의 코팅률이 낮아지며, 2시간 이상으로 교반하면 균일코팅 정도가 미비함으로 상기 범위로 교반이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
상기 소성물과 양전하물질 용해액의 교반이 완료되면 교반물을 건조로로 투입하여 건조시켜 소성물에 양전하물질이 코팅된 흡착제 또는 탈취제를 제조한다.
상기 건조는 건조로(드라이오븐)에서 완전건조가 이루어지는 것으로 건조로의 온도는 80~180℃의 범위로 가열이 이루어지고, 1~4시간 건조가 이루어지도록 하며, 바람직하게는 건조시간을 단축시키기 위해 100~180℃의 가열범위에서 1~2시간 내로 건조하는 것이다.
한편, 상기 코팅에 의해 건조가 완료된 탈취제는 수용성결합제를 더 혼합하여 일정크기로 성형할 수 있다.
상기 성형은 수용성결합제를 일정량 탈취제와 교반시킨 다음 성형틀로 가압 또는 압출시켜 일정크기로 성형되도록 하거나, 진동판에 탈취제를 안치하여 진동이 이루어지도록 하면서 수용성결합제를 분무하여 양전하물질이 코팅된 탈취제가 수용성결합체와 결합되면서 일정크기로 뭉쳐 탈취볼로 성형된 다음 수분을 건조시키는 과정으로 이루어질 수 있다. 상기 탈취볼은 입경을 0.1~10mm의 범위로 형성할 수 있고, 석회석이 정수슬러지 및 애쉬와 함께 소성후 수분과의 접촉에 의해 고형화되고, 수용성결합제가 혼합됨으로 결합력이 향상되어 다양한 분야에 적용하여 탈취성능을 제공할 수 있다.
상기 수용성결합제로는 전분, 셀룰로우즈 또는 그 유도체, 알긴산, 젤라틴, 폴리비닐알콜(PVA)이 포함되며, 수분산성결합제로서 수분산성아크릴수지 또는 그 유도체와 수분산성 비닐아세테이트수지가 포함되고, 그밖에 크로만인덴계 수지, 테르펜계 수지, 테르펜페놀계 수지, 방향족탄화수소 변성테르펜계 수지, 테르펜계 수소첨가계 수지, 테르펜페놀계 수소첨가계 수지, 로진계 수지, 수소첨가 로진에스테르계 수지, 로진변성페놀계 수지, 알킬페놀계 수지 등의 천연수지계의 점착성을 구비한 결합제나, 알킬페놀아세틸렌계 수지, 알킬페놀포름알데히드계 수지, 스티렌계 수지, 지방족계 석유수지, 지환족계 석유수지, 공중합계 석유수지, 방향족계 석유수지, 자일렌계 수지, 자일렌포름알데히드계 수지 등의 합성 수지계의 점착성을 구비한 결합제나, 폴리부텐, 액상계 고무 등의 올리고머계 점착부여제 등이 사용될 수 있다.
이러한 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 애완동물용 모래탈취제는
정수슬러지 100중량부에 대해 애쉬 100~200 중량부, 석회석 5~20중량부로 혼합하여 소성시키고, 소성된 소성물 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부로 코팅하여 0.01~5mm의 크기로 구성된다.
여기서 상기 소성물에는 금속 또는 금속산화물 0.001 ~ 0.2 중량부를 더 혼합하여 살균력을 제공할 수 있다.
또한, 상기 모래탈취제는 일반 모래 100중량부에 대해 10~100중량부로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 10중량부 이하로 혼합되면 탈취성능이 저하되고, 100중량부 이상으로 혼합하면 탈취력의 향상정도는 미비한 반면 소요비용이 증가됨으로 상기 범위로 혼합사용하는 것이 경제적이다.
이와같이 제조된 모래탈취제는 기공에 의한 이물질 또는 유해가스를 흡착시켜 여과시키는 것은 물론 흡착제에 코팅된 양전하물질에 의해 기공으로 여과되지 않은 미세먼지나 분진까지 전위차로 흡착분리하여 탈취성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 애쉬의 성분 중 TiO2가 일부 포함되어 있으므로, 탈취제가 광을 조사받으면 모래탈취제 표면에 노출된 TiO2은 광촉매반응에 의해 공기정화, 탈취, 항균 및 유기물분해 효과를 제공하여 모래탈취제 성능 유지시간을 증대시킬 수 있다.
아울러 상기 모래탈취제는 일반 애완동물용 모래와 혼합사용할 수 있다. 즉, 전체 혼합량 100중량% 대비 모래탈취제의 혼합비를 20~100중량%로 혼합하고 잔량으로 일반 애완동물모래를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 10중량% 이하로 혼합할 경우 탈취효과가 다소 낮게 나타났으며, 100중량%로 혼합할 경우 탈취효과는 극대화시킬 수 있으나 비용이 과다하게 소모되는 단점이 있다. 따라서, 전체 혼합량 대비 모래탈취제는 20~50중량%가 되도록 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
<실시예1 - 석회석 혼합량을 조절한 모래탈취제 제조>
정수슬러지는 대전 인근 정수처리장의 공급받아 건조시킨 것을 사용하였고, 애쉬로는 태안화력발전소에서 공급받아 입도 10㎛로 분쇄한 바텀애쉬를 사용하였다.
정수슬러지 100g에 애쉬 100g을 혼합하였고, 석회석의 혼합량을 변화시켜 혼합하고, 1500rpm으로 1시간 교반시켜 활성슬러지를 제조하였다.
제조된 활성혼합물은 소성로로 투입하여 500℃의 온도에서 1시간 소성하여 소성물을 제조하였다.
탈아세틸화된 키토산(분자량 50,000) 10g을 초산10ml와 증류수 90ml를 혼합한 용매에 혼합 및 교반하여 양전하물질 용해액을 제조하였다.
제조된 소성물 100g을 칭량하고, 이에 양전하물질이 10g 용해된 양전하물질 용해액 20ml를 투입하여 최종적으로 소성물 100g에 양전하물질 2g을 혼합하여 1500rpm속도로 1시간 교반하여 코팅이 이루어지도록 하였다.
교반이 완료된 교반물을 건조로에 투입하여 120℃의 온도에서 1시간 건조시켜 완전 건조되도록 해 모래탈취제를 제조하여 하기 표1과 같이 조성되었다.
상기 TS-11 내지 TS-19는 정수슬러지와 애쉬와 석회석 및 양전하물질을 이용하여 본 발명의 제조방법으로 제조된 흡착제이고, SS-1은 비교대상인 순수활성탄을 나타낸 것이다.
<실험예 1 - 탈취실험>
상기 표1의 샘플을 암모니아에 대한 탈취실험을 하였다.
1) 5L 크기의 테드라백(Tedlar bag)에 표 1의 시료 20g을 넣고, 시험가스로는 50ppm 농도의 암모니아를 주입하였고, 주입후 밀봉하였다.
시험가스는 KS I 2218의 규정에 의해 측정하였고, 시험중 온도는 23ㅁ4℃, 습도는 50ㅁ10%를 유지하였다.
탈취율(%)=[(blank 농도 - 측정가스농도)/blank 농도]ㅧ100
시험가스의 농도는 초기(0분), 30, 60, 90, 120 분 경과 시마다 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
상기 표 2를 참조한 바와같이 애쉬에 석회석을 혼합하여 양전하물질을 코팅한 TS-16 내지 TS-18의 흡착제 시료의 경우 순수활성탄과 유사하게 암모니아에 대해 88.1% ~ 90.5%의 높은 탈취율이 나타남을 알 수 있다. 다만 석회석의 혼합이 정수슬러지 100중량부 대비 5중량부 이하로 혼합될 경우(TS - 11~15) 활성화 정도가 낮아져 탈취율이 다소 저하되는 것을 알 수 있으며, 10중량부 이상으로 혼합될 경우(TS- 18,19)에는 탈취율 증진정도가 미비하고 오히려 탈취율이 다소 낮아지는 결과가 나타났다. 따라서 석회석의 혼합은 애쉬 100 중량부에 대해 석회석 5 중량부 이상 혼합하는 것이고, 바람직하게는 석회석을 5~20중량부 사이의 범위로 혼합하는 것이고, 더욱 바람직하게는 석회석을 10중량부로 혼합하는 것이다.
<실시예2 - 양전하물질 혼합량을 조절한 모래탈취제 제조>
실시예1과 동일한 실험조건으로 모래탈취제를 제조하되,
정수슬러지와 애쉬와 석회석의 혼합비를 고정시키고, 양전하물질의 혼합량을 조절하였다. 즉, 초산10ml와 증류수 90ml를 혼합한 용매에 양전하물질인 키토산의 혼합량을 달리하여 혼합하였다.
최종적으로 제조된 양전하물질 용해액 중 20ml를 수취하여 혼합하고, 20ml에 포함된 양전하물질의 함량을 하기 표3로 나타내었다.
<실험예 2 - 여과율 측정>
상기 표 3의 시료 10g을 부직포층 사이에 안치하여 10cm 직경의 여과필터를 제조하였다.
카본블랙(상품명: Printex V-2)을 정확히 4g을 측량하여 1ㅧ1ㅧ1 m의 아크릴 챔버 내부에 넣고, 카본블랙의 분말이 비산되도록 소형선풍기의 바람을 불어주면서 챔버 상단에 배출구에 표 3의 시료가 안치된 여과필터를 안치하고 감압 여과하여 여과필터에 남아있는 카본블랙 분말의 잔존량을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.
상기 표 4에 나타난 바와 같이 양전하물질이 소량 코팅되면 미세분진인 카본블랙의 여과율이 높게 나타남을 알 수 있으며, TS-26의 흡착제 이상의 양전하물질이 코팅되면 여과율 증진정도가 미비하게 나타남을 알 수 있다.
따라서, 양전하물질의 혼합량은 정수슬러지 100 중량부와 애쉬 100중량부에 대비하여 0.5이상으로 혼합사용하며, 바람직하게는 0.01~5중량부의 범위로 혼합하는 것이고, 더욱 바람직하게는 0.5~3중량부의 범위로 혼합사용하여 여과율을 제공하는 것이 바람직하다.
<실시예3 - 양전하물질 종류를 변경시킨 모래탈취제 제조>
실시예1과 동일한 실험조건으로 모래탈취제를 제조하였다.
다만 정수슬러지와, 애쉬와, 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 결과가 우수하게 나타난 TS-26의 혼합비로 고정하였고, 하기 표 5와 같이 4급암모늄계열에서 대표적인 양전하물질로 변경하여 흡착제를 제조하였다. 이 때 상기 표 5의 양전하물질은 실시예2의 산물질 용매에 용해시키지 않고 물에 용해시켜 사용하였다.
<실험예 3 - 여과율 측정>
실험예2와 동일하게 여과율을 측정하였다.
시료 모두 카본블랙 잔존량이 3.70~3.85(g)으로 92.5~96.3%의 여과율을 나타내고 있어 키토산과 유사한 결과가 나타남으로 4급 암모늄 계열을 사용해 본 발명의 제조과정으로 흡착제를 제조할 수 있다.
<실시예4 - 금속 또는 금속산화물을 혼합한 모래탈취제 제조>
실시예1과 동일한 실험조건으로 모래탈취제를 제조하였다.
다만 정수슬러지와 애쉬와 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 결과가 우수하게 나타난 TS-26의 혼합비로 고정하였다.
양전하물질로는 키토산을 사용하였고, 금속 또는 금속산화물은 대표적으로 은(Ag)을 사용하였으며, 하기 표 6과 같이 혼합하였다.
<실험예 4 - 항균성 시험>
표6의 시료를 1g 씩 취하여 플라스크에 넣고 24시간 세균배양하여 항균성 평가시험을 하였다.
항균성 평가시험의 균주는 대장균(E. coli ATCC 25922) 및 황색 포도상구균(Staphylococcus aureus ATCC 6538)을 이용하여 균수측정법(KS K 0693)에 따라 수행하였고 그 결과를 하기 표 7에 나타내었다.
표 7에 나타난 바와같이 금속성분을 투입하지 않아도 흡착제 성질 및 애쉬에 미량 포함되어 있는 이산화티타늄(TiO2)에 의해 기본적인 항균성이 제공됨을 알 수 있다.
- 항균성 시험 반복실행
상기 항균성 시험을 1회 실시한 시료를 이용하여 시료 변경없이 항균성시험을 10회 반복하여 실시하였고, 실시 횟수에 따른 균수를 측정여부를 확인하였다.
금속성분이 포함되지 않은 TS-41 시료의 경우 5회 항균실험에서 균수가 측정되기 시작했으며, 금속성분이 미량 포함된 TS-41 시료도 7회 항균실험에서 균수가 측정되기 시작했고, 나머지 TS-43 내지 TS-49에서는 10회까지 균수가 측정되지 않아 지속적인 항균성능이 제공됨을 알 수 있다.
<실험예 5 - 경도 시험>
정수슬라지와 석회석 및 양전하물질의 혼합비는 실시예2에서 결과가 우수하게 나타난 TS-26의 혼합비로 고정하였고, 양전하물질은 키토산을 사용하였다. 이 때 정수슬러지 100중량부에 대해 애쉬의 혼합량을 0g에서 50g씩 증가하여 혼합하여 표 8과 같이 조성하였다.
각 시료는 0.01~3mm 이내의 것을 100g 수취하였고, 직경12.7mm와 직경 9.5mm으로 형성된 강구를 각각 15개씩 준비하여 시료와 함께 경도시험용기에 투입하여 30분간 교반하였다.
강구를 제거한 교반물을 직경 0.01mm 이하의 입자를 통과시키는 체를 이용해 5분간 체거름을 하여 잔류물을 측정하였다.
정수슬러지 100중량부 대비 애쉬 200중량부 이하로 혼합한 TS-51 ~ TS-55 의 시료에서는 전량 모두 95% 이상의 잔류하고 있으므로, 일정수준 이상의 경도가 나타남을 알 수 있었으며, 특히 애쉬의 혼합량이 200중량부를 초과하여 혼합한 TS-56, TS-57의 시료에서는 잔류값이 90% 이하로 낮아졌다.
이외에 직경 1mm의 시료를 대상으로 하중을 가하는 강도측정을 하였다.
정수슬러지 100중량부에 대해 애쉬를 100중량부 이하로 혼합한 TS-51와 TS-52보다 애쉬를 100중량부 이상 혼합한 TS-53이상의 시료에서 강도가 높게 나타났다.
또한, 정수슬러지 100중량부에 대해 애쉬 200중량부 이상으로 혼합한 TS-56과 TS-57에서는 오히려 강도가 낮아졌다. 따라서, 정수슬러지에 대해 애쉬의 혼합량은 정수슬러지보다 많은 량을 혼합하는 것이 강도를 증가시킬 수 있으며, 정수슬러지의 2배 이상으로 혼합하면 강도가 낮아짐으로 그 이하로 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 광을 조사한 환경에서는 시간이 지날수록 미세하게 애쉬가 많이 혼합된 시료에서 탈취와 항균 기능이 더 높게 나타났다. 이는 애쉬에 미량 포함되어 있는 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매반응에 의해 유해성분의 분해작용으로 흡착성능이 복원되었기 때문으로 판단됨으로 광촉매반응에 의해 성능이 미량 향상됨을 알 수 있다.
또한 동일한 방법으로 일반모래와 모래탈취제를 혼합한 시료를 대상으로 항균시험과 탈취시험을 실시하였으며, 대체적으로 모래탈취제의 혼합량이 높을수록 항균성과 탈취성능이 향상되었고, 일반모래와 모래탈취제의 혼합물 전체 100중량% 대비 모래탈취제를 20~50중량%로 혼합한 시험에서 유효적인 항균성과 탈취성을 제공할 수 있는바, 경제적인 비용을 감안하면 상기 범위로 혼합하여 탈취기능을 갖는 애완동물용 모래를 제공할 수 있다.
Claims (5)
- 정수슬러지, 애쉬(ASH) 및 석회석을 혼합한 활성슬러지를 가열하여 소성시키고, 상기 소성된 소성물에 양전하물질을 코팅하여 구성되는 것을 특징으로 하는 애완동물용 모래탈취제.
- 제1항에 있어서,
상기 모래탈취제는
정수슬러지 100중량부에 대해 애쉬 100~200중량부, 석회석 5~20중량부를 혼합하여 활성슬러지를 제조하고,
활성슬러지를 소성 및 탄화시켜 0.01~5mm의 소성물을 제조하고,
상기 소성물 100중량부에 대해 양전하물질 0.01~5중량부를 혼합하여 소성물에 양전하물질을 코팅한 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 애완동물용 모래탈취제. - 제2항에 있어서,
상기 모래탈취제는
정수슬러지 100중량부에 대해 금속 및 금속산화물 0.001~0.2중량부가 더 혼합되고,
상기 금속 또는 금속산화물은,
이트륨(Y), 몰리브덴(Mo), 비스므스(Bi), 텔레늄(Te), 망간(Mn), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 및 알루미늄(Al) 중에서 1종 또는 2종 이상 선택하여 혼합되는 것을 특징으로 하는 애완동물용 모래탈취제. - 제1항에 있어서,
상기 양전하물질은,
키토산 및 4급 암모늄계로 이루어진 군으로부터 1종 또는 2종 이상 선택되어 코팅되고,
상기 4급 암모늄계는,
콜린(Choline), 카르니틴(Carnitine), 염화 벤잘코니움 (Benzalkonium chloride); 디나토늄(Denatonium); 브롬화 세트리모늄(Cetrimonium bromide); 염화 디알릴디메틸암모늄(Diallyldimethyl ammonium chloride); 3-클로로-2-하이드록시프로필트리메틸암모늄 클로라이드(3-chloro-2-hydroxypropyltrimethylammonium chloride, CHPTAC); 아크릴아미드와 4차화된 디메틸암모늄에틸메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of acrylamide and quaternized dimethylammoniumethyl methacrylate); 염화 디알릴디메틸암모늄고분자(Poly(diallyldimethylammonium chloride)); 아크릴아미드와 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of acrylamide and diallyldimethylammonium chloride); 4차화된 하이드록시에틸 셀룰로오스(Quaternized hydroxyethylcellulose); 비닐피롤리돈과 4차화된 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and Quaternized dimethylaminoethyl methacrylate); 비닐피롤리돈과 4차화된 비닐이미다졸의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and quaternized vinylimidazole); 아크릴산과 염화 디알릴디메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of Acrylic Acid and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐피롤리돈과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄의 공중합체(Copolymer of vinylpyrrolidone and methacrylamidopropyl trimethylammonium); 폴리(아크릴아미드 2-메타크릴옥시에틸 암모늄 클로라이드)(Poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride)); 아크릴산과 아크릴아미드 및 염화 디알릴 디메틸암모늄의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Acrylamide and Diallyldimethylammonium Chloride); 비닐카프로락탐과 비닐피롤리돈 및 4차화된 비닐이미다졸의 3량체(Terpolymer of vinylcaprolactam, vinylpyrrolidone, and quaternized vinylimidazole); 및 아크릴산과 메타크릴아미도프로필트리메틸암모늄 및 아크릴산 메틸의 3량체(Terpolymer of Acrylic Acid, Methacrylamidopropyl Trimethyl Ammonium Chloride, and Methyl Acrylate) 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 애완동물용 모래탈취제. - 상기 제1항 내지 제4항중 어느 한 항의 모래탈취제를 일반 애완동물용 모래와 혼합하되, 전체혼합량 100중량%에 대해 모래탈취제를 10~100 중량%의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 애완동물용 모래.
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