KR20220064733A

KR20220064733A - 친환경 비산 먼지 억제 및 자연발화억제 조성물 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220064733A
Application number: KR1020200151142A
Authority: KR
Inventors: 오미혜; 류나현; 류환우
Original assignee: 오미혜; 류나현; 류환우
Priority date: 2020-11-12
Filing date: 2020-11-12
Publication date: 2022-05-19
Also published as: KR102557229B1

Abstract

본원 발명은 먼지의 비산 방지용 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

친환경 비산 먼지 억제 및 자연발화억제 조성물 및 이의 제조 방법{Acomposition for prevention of scattering a dust and anti self-ignition and a method for preparing the composition}

구체적으로, 본원 발명은 석탄 및 회분 등의 미세먼지를 포함한 것들을 운송 또는 야적 등으로 바람 등에 날리는 것을 방지하고, 석탄을 무겁게 적재해두면 자연발화 되는 것을 방지하는 기술에 관한 것이다. 더불어 도로에서의 자동차 타이어 등의 미세한 분진이 날리는 것을 예방하기 위한 친환경적인 물질에 관한 것이다.

석탄 가루 등의 비산먼지는 인체에 유해하며, 이는 일반 도로에서, 각종 산업현장에서 발생할 수 있으며, 갈수록 이러한 비산먼지의 양이 늘어 이의 해결 방안 역시 사회적 문제로 대두되고 있다.

특히 10㎛ 이하의 미세먼지는 호흡기를 거쳐 체내로 쉽게 유입되어 기관지나 폐로 침착되어 폐의 기능을 떨어뜨리고 인체의 면역 기능을 저하시키는 것으로 알려져 있다.

또한 석탄 가루나 회분과 같은 미세먼지는 자연 발화율이 높아 건조한 겨울철에 이로 인한 화재 위험성도 큰 문제가 되고 있다.

종래 비산 먼지를 억제하기 위한 방법으로는 염화마그네슘, 염화칼슘, 또는 탄산칼슘과 같은 무기계 화합물의 수용액을 분사하는 것이 있다. 하지만 무기계 화합물은 비산먼지의 응집력이 약하고 그 사용량에 비해 비산먼지 억제 효과가 낮으며, 토양을 산성화시키는 한계가 있다.

또한 미세먼지 저감제로 PEA, 아크릴 등 화학 제품이 있으며, 이는 PEA 또는 아크릴 같은 점성이 있는 물질을 석탄과 같은 분체 및 도로 등에 분사 및 적용함으로써 미세입자의 비산 및 분산을 억제하나 어장과 같은 주변환경에 부정적인 영향을 준다.

위처럼 미세먼지는 입자가 작아서 바람 등에 쉽게 날리어, 운송, 야적이 어려웠고 이같은 어려움으로 국민의 건강을 해치는 여러 문제를 야기하고 있으나, 종래 기술들로는 또 다른 환경 문제를 야기하거나 먼지 제거 측면에서 충분하지 않았다.

이에, 본원 발명은 석탄 및 회분 등의 미세먼지의 비산을 주변 환경에 부정적 영향 없이 해결하기 위한 조성물 및 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 양태는, 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는, 비산 먼지 억제용 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 다른 일 양태는, 비산 먼지 억제용 조성물의 제조 방법으로,

상기 방법은, 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 수성 용매에 첨가하고 60℃ 내지 120℃의 온도로 가열하여 액상의 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 제공하는 것을 포함하고, 상기 조성물이 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는, 비산 먼지 억제용 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 양태는, 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는 조성물을, 발화를 억제하기 위한 검체에 적용하는 것을 포함하는, 검체의 발화 억제 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 양태는, 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는 조성물을, 비산 먼지를 억제하기 위한 검체에 적용하는 것을 포함하는, 비산 먼지 억제 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 조성물 또는 방법은 석탄과 같은 먼지를 흡착 및 응집시켜 비산을 효과적으로 방지할 뿐 아니라 수분이 제거된 후에도 입자 크기를 조대화된 형태로 유지하여 비산을 방지 효과가 탁월하다.

또한, 본 발명에 따른 조성물 또는 방법은 친환경적인 쌀, 또는 찹쌀을 이용함으로써 주변 환경에 영향을 최소화할 수 있고, 인체에 무해하며 수분 증발 후에도 그 비산 방지 효과가 유지되어 우수한 내수성을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 조성물 및 방법은 비산 먼지를 효과적으로 억제할 뿐 아니라 석탄 등의 자연 발화를 효과적으로 방지하는 효과가 있다.

본 발명의 일 양태는, 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및

수성 용매를 포함하는, 비산 먼지 억제용 조성물에 관한 것이다.

쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물은 amylopectin과 같은 점성을 가지며, 석탄가루와 같은 먼지를 효과적으로 흡착 및 응집시켜 그 크기를 조대화시킬 수 있다. 이로써 비산을 방지하며 나아가 먼지의 표면에 피막을 형성하여 공기와의 접촉을 차단시켜 휘발성 물질의 자연 발화를 억제시킬 수 있다.

쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물은 예컨대 분말 또는 과립 형태로 사용될 수 있다.

보다 구체적으로 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물이 가루 형태로 수성 용매에 첨가되어 60℃ 내지 120℃의 온도, 구체적으로는 70℃ 내지 115℃의 온도, 보다 구체적으로는 75℃ 내지 110℃의 온도에서 가열된 후에 비산 먼지 억제용 조성물로 사용될 수 있다. 상기 온도에서 예컨대 약 2분 내지 약 30분간, 구체적으로 약 3분 내지 약 20분간 가열할 수 있다. 상기 범위로 가열하면 쌀 또는 찹쌀이 호화되어 점성도가 증가하고 반투명의 콜로이드 물질이 될 수 있다.

일 예에서는 이 상태로 비산 먼지 억제용 조성물로 사용하거나 여기에 별도의 수성 용매를 추가하여 비산 먼지 억제용 조성물로 사용할 수 있다. 추가되는 수성 용매의 중량은 1차 수성 용매의 중량의 0.2배 내지 3배의 범위, 보다 구체적으로는 0.5배 내지 2.5배의 범위일 수 있다.

쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물은 비산 먼지 억제용 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 보다 구체적으로는 5 중량% 내지 15 중량%의 범위로 포함될 수 있으며, 상기 범위이면 비산 먼지 제거 효능 및 분무에 적합한 정도의 점성을 가질 수 있다.

본원에서 용어 '쌀'은 찹쌀 외의 모든 쌀 종류를 의미할 수 있으며, 구체예에서는 멥쌀을 의미할 수 있다.

비산 먼지 제거 효능 면에서 찹쌀이 쌀보다 더 우수하며, 나아가 찹쌀이나 쌀은 일반 전분 보다 비산먼지 억제 효능 면에서 더 우수하다. 이는 특정 이론에 얽매이는 것은 아니지만, 아마도 녹말의 성분 차이에 기인한 것으로 보이며, 쌀 속에 들어 있는 녹말은 아밀로오스와 아밀로펙틴 사슬이 규칙적으로 밀집해 있는 구조로, 물 분자가 이러한 사슬 사이로 파고 들어가 밀집 구조를 파괴하여 불규칙하고 느슨한 구조가 되는데, 찹쌀은 대부분 아밀로펙틴만으로 구성되어 있어 이 구조가 훨씬 더 엉키는 구조가 되고, 이로써 비산 먼지 억제 효능이 더 우수한 것으로 생각된다. 다음에서 서술된 실시예 1와 실험예 1와 같은 방법으로 찹쌀과 녹말을 비교실험한 결과 찹쌀이 녹말에 비하여 약 45 % 개선되는 실험결과를 보였다.

본원에서 용어 '비산 먼지'는 석탄, 회분, 석회석, 골재, 무연탄, 토사, 또는 철광석 유래 먼지, 또는 도로 위 먼지를 의미할 수 있다.

수성 용매의 예로는 물을 사용할 수 있다.

상기 조성물은, 일 예에서 글리세린, 글리세린 외 다가알코올 또는 이의 조합; 규산염류; 수산화염류; 및 붕소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.

상기 첨가제는 비산 먼지 제거능을 보다 높이거나 자연 발화 방지능을 보다 높이는 역할을 수 있다. 비산 먼지 제거능의 측면에서는 글리세린, 글리세린 외 다가알콜 또는 이의 조합; 규산염류; 수산화염류; 및 붕소화합물을 추가하는 것이 유리하며, 자연발화 방지의 측면에서는 규산염류 또는 수산화염류를 추가하는 것이 좋다.

상기 수산화염류의 예로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 규산염류의 예로, 규산나트륨, 규산칼륨, 규산알루미늄, 및 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 글리세린 외 다가알코올의 예로 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸렌글리콜, 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 들 수 있다.

상기 붕소화합물은 Disodium octaborate, tetrahydrate 또는 이의 변형 화합물을 들 수 있다.

상기 하나 이상의 첨가제는, 비산 먼지 억제용 조성물의 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 20중량%, 구체적으로는 0.05 중량% 내지 15 중량% 범위, 보다 구체적으로는 0.5 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.

일 예에서 수성 용매: 찹쌀 또는 쌀: 글리세린의 중량비는 100~300: 1~ 30: 20~100일 수 있다.

일 예에서 수성 용매: 찹쌀 또는 쌀: 규산염류 : 수산화염류의 중량비는 100~300: 1~ 30: 1~30: 0.1 내지 10일 수 있다.

일 예에서 수성 용매: 찹쌀 또는 쌀: 글리세린 : 규산염류 : 수산화염류의 중량비는 100~300: 1~ 30: 2~100: 1~30: 0.1 내지 10일 수 있다.

상기 조성물은 분무 또는 도포 형태로 검체에 혹은 공기 중에 적용될 수 있다.

상기 조성물은 추가로 자연 발화 가능성이 있는 검체(예: 석탄)에 적용시 자연 발화를 억제할 수 있다. 자연 발화 억제를 위해 상기 조성물은 규산염류 또는 수산화염류를 추가로 포함할 수 있다.

상기 조성물의 양은 처리가 필요한 검체의 중량을 기준으로 약 1% 내지 약 100 중량%, 구체적으로 약 3중량% 내지 약 90 중량%, 보다 구체적으로 약 5 중량% 내지 약 80 중량 %로 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 일 양태는, 비산 먼지 억제용 조성물의 제조 방법에 관한 것이다.

상기 방법은, 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 수성 용매에 첨가하고 60℃ 내지 120℃의 온도로 가열하여 액상의 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 제공하는 것을 포함하고, 상기 조성물은 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함한다.

상기 방법은 상기 액상의 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 제공 후, 별도의 수성 용매를 첨가하는 것을 추가로 포함할 수 있다.

상기 양태에서 비산 먼지 억제용 조성물에 대한 설명은 전술한 양태와 동일하므로 이를 참조할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시 예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 국한되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

찹쌀을 분말로 만든 것 10g을 물 100g에 붓고 80~110℃로 약 10분간 가열하여 점성이 높은 액상으로 만든다. 이후 다시 물 100g를 추가 혼합하여 실시예 1의 비산 먼지 억제용 조성물 1을 제조하였다.

실시예 2

실시예 1에 있어서, 찹쌀을 50g 사용하고, 물 150g에 부은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 2의 비산 먼지 억제용 조성물 2를 제조하였다.

실시예 3

실시예 1에 있어서, 찹쌀을 50g 사용하고, 물 100g에 붓고, 이후 다시 물 400g을 추가 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 3의 비산 먼지 억제용 조성물 3을 제조하였다.

실시예 4

실시예 1에 있어서, 가열 온도를 70~90℃ 및 가열 시간을 약 12분간 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 4의 비산 먼지 억제용 조성물 4를 제조하였다.

실시예 5

찹쌀을 분말로 만든 것 10g을 물 100g에 붓고 80~90℃로 약 10분간 가열하여 점성이 높은 액상으로 만든 후 글리세린 50g과 물 100g를 추가 혼합하여 실시예 5의 비산 먼지 억제용 조성물 5를 제조하였다.

실시예 6

찹쌀을 분말로 만든 것 10g을 물 100g에 붓고 80~90℃로 약 12분간 가열하여 점성이 높은 액상으로 만든 후 규산나트륨 10g, 수산화나트륨 3g, 물 50g를 추가 혼합하여 실시예 6의 비산 먼지 억제용 조성물 6을 제조하였다.

실시예 7

찹쌀을 분말로 만든 것 10g을 물 100g에 붓고 80~90℃로 약 10분간 가열하여 점성이 높은 액상으로 만든 후 글리세린 50g, 규산나트륨 10g, 수산화나트륨 3g, 물 50g를 추가 혼합하여 실시예 7의 비산 먼지 억제용 조성물 7을 제조하였다.

실시예 8

찹쌀을 분말로 만든 것 10g을 물 100g에 붓고 80~90℃로 약 10분간 가열하여 점성이 높은 액상으로 만든 후 규산나트륨 10g, 수산화나트륨 3g, 물 50g를 추가 혼합하여 실시예 8의 비산 먼지 억제용 조성물 8을 제조하였다.

실시예 9

실시예 1에 있어서, 찹쌀 50g 대신 쌀 50g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 실시예 9의 비산 먼지 억제용 조성물 9를 제조하였다.

상기 실시예들의 조성물에 대해 아래와 같은 방법으로 비산 먼지 억제 정도 및 자연발화 억제 정도를 평가하였다.

실험예 1

상기 실시예 1 내지 9의 조성물 50g을 석탄 500g에 분무 기기로 각각 분사하였다. 대조군으로 조성물을 분사하지 않은 별도의 석탄 샘플 500g을 사용하였다.

위 실시예들의 석탄과 대조군의 석탄을 각각 상온에서 24시간 건조시킨 후, 무게를 달아 500g이 되게 하였으며 동일한 조건에서 초속 30km의 공기로 5분간 바람불게 하였다. 이후 각 샘플의 중량을 측정하였다.

상기 측정시 실시예 1의 조성물을 적용한 석탄은 그 무게가 490g인 반면, 상기 대조군의 석탄 무게는 350g이었다. 상기 건조 전에 측정된 무게는 각각 470g 및 350g이었다.

또한, 실시예 2 내지 4의 조성물을 적용한 석탄은 그 무게가 460~495g의 범위였다.

실시예 5 내지 9의 조성물을 적용한 석탄은 그 무게가 각각 순서대로 485g(실시예 5), 487g(실시예 6), 487g(실시예 7), 488g(실시예 8), 483g(실시예 9) 이었다.

상기 결과는 비산 먼지 억제용 조성물을 처리하지 않은 대조군의 석탄 샘플에 비해 본원 발명의 실시예의 조성물을 처리시 비산 먼지가 효과적으로 억제됨을 보여준다.

실험예 2

상기 실시예 6 및 8의 조성물을 석탄 무게 대비 100:1의 비율로 석탄에 분사하여 석탄 샘플 1 및 2를 준비하였다. 이와 별도로 조성물을 적용하지 않은 대조군 석탄 샘플 3을 준비하였다.

상기 샘플 1 내지 3 각각 500g을 각각 같은 조건에서 전기로에 650℃까지 승온하고 발화 시작되는 온도 및 승온 개시부터 발화될 때까지의 시간을 측정하였다.

그 결과 대조군인 샘플 3은 620℃ 및 32분 10초에 발화하였고 샘플 1 및 2는 각각 626℃에서 40분 50초 및 625℃에서 40분 25초에 발화하였다.

상기 결과는 본원 발명의 조성물로 처리시 자연 발화를 조성물 미처리시에 비해 약 5% 내지 약 15% 정도 발화 개시 온도를 높여 발화를 억제할 수 있음을 보여준다.

Claims

쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는, 비산 먼지 및 자연발화 억제용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물이, 상기 비산 먼지 억제용 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20중량%인, 비산 먼지 및 자연발화 억제용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 조성물이, 글리세린, 글리세린 외 다가알코올 또는 이의 조합; 규산염류; 수산화염류; 및 붕소화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는, 비산 먼지 및 자연발화 억제용 조성물.
제3항에 있어서, 상기 수산화염류가 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된, 비산 먼지 억제용 조성물.
제3항에 있어서, 상기 규산염류가 규산나트륨, 규산칼륨, 규산알루미늄, 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택된, 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물이 추가로 자연 발화 방지능이 있는, 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 수성 용매가, 물인, 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물이 가루 형태로 상기 수성 용매에 첨가되어 60℃ 내지 120℃의 온도에서 가열된 것인, 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 비산 먼지가 석탄, 회분, 석회석, 골재, 무연탄, 토사, 또는 철광석 유래 먼지, 또는 도로 위 먼지인, 비산 먼지 억제용 조성물.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 조성물이 분무 또는 도포 형태로 적용되는, 비산 먼지 억제용 조성물.
비산 먼지 억제용 조성물의 제조 방법으로, 상기 방법이,쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 수성 용매에 첨가하고 60℃ 내지 120℃의 온도로 가열하여 액상의 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 제공하는 것을 포함하고, 상기 조성물이 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는, 비산 먼지 억제용 조성물의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 방법이, 상기 액상의 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물을 제공 후, 별도의 수성 용매를 첨가하는 것을 추가로 포함하는, 비산 먼지 억제용 조성물의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물이, 상기 비산 먼지 억제용 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20중량%인, 비산 먼지 억제용 조성물.
쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는 비산 먼지 억제용 조성물을, 비산 먼지를 억제하기 위한 검체에 적용하는 것을 포함하는, 검체의 비산 먼지 억제 방법.
제14항에 있어서, 상기 검체가 석탄, 회분, 석회석, 골재, 무연탄, 토사, 철광석 또는 도로 위인, 검체의 비산 먼지 억제 방법.
쌀, 찹쌀 또는 쌀과 찹쌀의 조합물; 및 수성 용매를 포함하는 조성물을, 발화를 억제하기 위한 검체에 적용하는 것을 포함하는, 검체의 발화 억제 방법.
제16항에 있어서, 상기 검체가 석탄, 회분, 골재, 또는 무연탄인, 검체의 발화 억제 방법.