KR20230052712A - 철도차량 하부용 방빙제 조성물 및 이를 이용한 융빙 또는 방빙 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도차량 하부용 방빙제 조성물 및 이를 이용한 융빙 또는 방빙 방법에 관한 것으로서, 상기 조성물은 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG)을 기초물질로 하고 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA)를 증점제로 첨가하여 점도를 높임으로써 부착성능이 개선된 방빙제 조성물로서 제공되고, 인체에 무해한 친환경 물질을 사용하므로, 이를 철도차량 하부에 사용하기 적합한 방빙제 조성물로서 효과적으로 사용할 수 있다.
Description
본 발명은 철도차량 하부용 방빙제 조성물 및 이를 이용한 융빙 또는 방빙 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG)을 기초물질로 하고 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA)를 증점제로 첨가하여 점도를 높임으로써 부착성능을 개선한 방빙제 조성물에 관한 것이다.
동절기 고속철도차량에서는 하부 또는 대차부에 부착된 설빙(얼음화된 눈)에 의해 피해가 발생한다. 차량에 착설된 설빙이 성장하여 주행 시(약 300 km/h) 고속으로 낙하하면 자갈비산을 일으키므로 피해를 발생시킬 수 있는데, 주로 철도차량의 차륜답면이나 차축 보호재에 해당하는 하부장치 및 유리창에서 파손이 발생하고, 궤도 또는 선로 주변 설비에 해당하는 신호기 등의 손상이 발생할 수 있다. 따라서 철도차량 뿐만 아니라 각종 시설들의 피해를 저감하고 주행 안정성을 향상시키기 위한 연구개발이 필요한 실정이다.
방빙제 조성물은 액체 방빙제, 예를 들면 클로라이드, 아세테이트 또는 포르메이트 염, 예컨대 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼슘, 염화칼륨, 우레아, 아세트산 칼륨, 칼슘 마그네슘 아세테이트(CMA: calcium magnesium acetate), 포름산 나트륨, 포름산 칼륨, 또는 이들의 조합의 수용액을 포함할 수 있으며; 그러한 조성물은 겨울 도로 관리에서 일반적으로 사용된다.
방빙제 조성물은 일상적으로 눈보라 전에 표면에 직접 도포될 때 빙결 방지제로서 사용된다. 그 조성물은 그 표면과 축적된 눈 팩 사이의 눈 경계 층을 용융시키는 작용을 함으로써, 그 눈이 표면에 결합하는 것을 방지하며 그리고 그 눈 제거를 눈 플라우(plow)에 의해 용이하게 한다. 방빙제 조성물은 또한 표면 상에 축적되어 있는 눈 또는 얼음을 용융시키는 방빙제로서 사용될 수도 있다.
이에 본 발명자들은 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA) 및 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG)을 포함하는 방빙제 조성물이 시판되고 있는 방빙제 조성물 대비 점도 및 살포 표면에서의 유지 기간에 따른 방빙 성능 유지 측면에서 월등히 우수한 것을 확인하였다.
이에, 본 발명의 목적은 프로필렌글리콜 45.00 내지 98.00 중량%, 및 폴리아크릴릭애씨드 0.50 내지 10.00 중량%를 포함하는 방빙제 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 프로필렌글리콜 45.00 내지 98.00 중량%, 및 폴리아크릴릭애씨드 0.50 내지 10.00 중량%를 포함하는 방빙제 조성물을 대상 표면에 살포하는 살포 단계를 포함하는 융빙 또는 방빙 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 프로필렌글리콜을 포함하는 방빙제 조성물에 있어서의 폴리아크릴릭애씨드의 점도 증진 용도에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량 하부용 방빙제 조성물 및 이를 이용한 융빙 또는 방빙 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 조성물은 방빙 효과를 나타낼 뿐 아니라 부식을 방지하는 효과가 있으며 살포 대상의 표면에 장기간 잔류함으로써 방빙 효과를 지속하는 효과 또한 뛰어남을 나타낸다.
본 발명자들은 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA) 및 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG)을 포함하는 방빙제 조성물을 제공함으로써 점도 및 살포 표면에서의 유지 기간에 따른 방빙 성능 유지 측면을 개선하였다.
이하 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 양태는 프로필렌글리콜 45.00 내지 98.00 중량%, 및 폴리아크릴릭애씨드 0.50 내지 10.00 중량%를 포함하는 방빙제 조성물이다.
상기 프로필렌글리콜은 45.00 내지 93.00 중량%, 45.00 내지 88.00 중량%, 45.00 내지 83.00 중량%, 45.00 내지 78.00 중량%, 45.00 내지 73.00 중량%, 45.00 내지 68.00 중량%, 55.00 내지 98.00 중량%, 55.00 내지 93.00 중량%, 55.00 내지 88.00 중량%, 55.00 내지 83.00 중량%, 55.00 내지 78.00 중량%, 55.00 내지 73.00 중량%, 55.00 내지 68.00 중량%, 65.00 내지 98.00 중량%, 65.00 내지 93.00 중량%, 65.00 내지 88.00 중량%, 65.00 내지 83.00 중량%, 65.00 내지 78.00 중량%, 또는 65.00 내지 73.00 중량%, 예를 들어, 65.00 내지 68.00 중량%인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리아크릴릭애씨드는 0.50 내지 9.00 중량%, 0.50 내지 8.00 중량%, 0.50 내지 7.00 중량%, 0.50 내지 6.00 중량%, 0.50 내지 5.00 중량%, 0.50 내지 4.00 중량%, 0.50 내지 3.00 중량%, 1.50 내지 10.00 중량%, 1.50 내지 9.00 중량%, 1.50 내지 8.00 중량%, 1.50 내지 7.00 중량%, 1.50 내지 6.00 중량%, 1.50 내지 5.00 중량%, 1.50 내지 4.00 중량%, 1.50 내지 3.00 중량%, 2.50 내지 10.00 중량%, 2.50 내지 9.00 중량%, 2.50 내지 8.00 중량%, 2.50 내지 7.00 중량%, 2.50 내지 6.00 중량%, 2.50 내지 5.00 중량%, 또는 2.50 내지 4.00 중량%, 예를 들어, 2.50 내지 3.00 중량%인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 트리에탄올아민(Triethanolamine) 0.10 내지 5.00 중량%, 0.10 내지 4.00 중량%, 0.10 내지 3.00 중량%, 0.10 내지 2.00 중량%, 0.50 내지 5.00 중량%, 0.50 내지 4.00 중량%, 0.50 내지 3.00 중량%, 0.50 내지 2.00 중량%, 1.00 내지 5.00 중량%, 1.00 내지 4.00 중량%, 또는 1.00 내지 3.00 중량%, 예를 들어, 1.00 내지 2.00 중량%를 추가적으로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 트리에탄올아민의 첨가를 통해 pH 값을 조절할 수 있고, 방빙제 조성물의 pH 값은 pH 5 내지 9, pH 5 내지 8, pH 5 내지 7, pH 6 내지 9, pH 6 내지 8, pH 6 내지 7, pH 7 내지 9, 또는 pH 7 내지 8인 것일 수 있고, 예를 들어, pH 7인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 방빙제 조성물은 중성에 가까워질수록 증점효과가 커지는 효과가 있다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 아졸(azole)류 0.01 내지 1.00 중량%, 0.01 내지 0.80 중량%, 0.01 내지 0.60 중량%, 0.10 내지 1.00 중량%, 0.10 내지 0.80 중량%, 0.10 내지 0.60 중량%, 0.20 내지 1.00 중량%, 0.20 내지 0.80 중량%, 0.20 내지 0.60 중량%, 0.40 내지 1.00 중량%, 또는 0.40 내지 0.80 중량%, 예를 들어, 0.40 내지 0.60 중량%를 추가적으로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아졸류는 1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole), 벤조트리아졸(1H-1,2,3,-benzotriazole), 및 톨리트리아졸(5-methyl-1H-benzotriazole)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있고, 예를 들어, 1,2,4-트리아졸인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 철도차량의 하부 표면에 살포하여 사용되는 것일 수 있다.
상기 방빙제 조성물은 원액 그대로 사용될 수 있고, 물을 용매로 희석하여 사용할 경우를 포함하여 50 내지 100 중량%, 50 내지 90 중량%, 50 내지 80 중량%, 50 내지 70 중량%, 60 내지 100 중량%, 60 내지 90 중량%, 60 내지 80 중량%, 60 내지 70 중량%, 70 내지 100 중량%, 또는 70 내지 90 중량%, 예를 들어, 70 내지 80 중량%를 포함하도록 희석하여 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 방빙제 조성물은 프로필렌글리콜 45.00 내지 98.00 중량%, 폴리아크릴릭애씨드 0.50 내지 10.00 중량%, 트리에탄올아민 0.10 내지 5.00 중량%, 아졸류 0.01 내지 1.00 중량%, 물 0.10 내지 40.00 중량%를 포함하는 것일 수 있고, 바람직하게는 프로필렌글리콜 55.00 내지 68.00 중량%, 폴리아크릴릭애씨드 1.50 내지 9.00 중량%, 트리에탄올아민 0.50 내지 4.00 중량%, 아졸류 0.40 내지 0.60 중량%, 물 20.00 내지 40.00 중량%를 포함하는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 프로필렌글리콜 65.00 내지 68.00 중량%, 폴리아크릴릭애씨드 2.50 내지 3.00 중량%, 트리에탄올아민 1.00 내지 2.00 중량%, 아졸류 0.40 내지 0.60 중량%, 물 20.00 내지 40.00 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 프로필렌글리콜 45.00 내지 98.00 중량%, 및 폴리아크릴릭애씨드 0.50 내지 10.00 중량%를 포함하는 방빙제 조성물을 대상 표면에 살포하는 살포 단계를 포함하는 융빙 또는 방빙 방법이다.
상기 프로필렌글리콜은 45.00 내지 93.00 중량%, 45.00 내지 88.00 중량%, 45.00 내지 83.00 중량%, 45.00 내지 78.00 중량%, 45.00 내지 73.00 중량%, 45.00 내지 68.00 중량%, 55.00 내지 98.00 중량%, 55.00 내지 93.00 중량%, 55.00 내지 88.00 중량%, 55.00 내지 83.00 중량%, 55.00 내지 78.00 중량%, 55.00 내지 73.00 중량%, 55.00 내지 68.00 중량%, 65.00 내지 98.00 중량%, 65.00 내지 93.00 중량%, 65.00 내지 88.00 중량%, 65.00 내지 83.00 중량%, 65.00 내지 78.00 중량%, 또는 65.00 내지 73.00 중량%, 예를 들어, 65.00 내지 68.00 중량%인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리아크릴릭애씨드는 0.50 내지 9.00 중량%, 0.50 내지 8.00 중량%, 0.50 내지 7.00 중량%, 0.50 내지 6.00 중량%, 0.50 내지 5.00 중량%, 0.50 내지 4.00 중량%, 0.50 내지 3.00 중량%, 1.50 내지 10.00 중량%, 1.50 내지 9.00 중량%, 1.50 내지 8.00 중량%, 1.50 내지 7.00 중량%, 1.50 내지 6.00 중량%, 1.50 내지 5.00 중량%, 1.50 내지 4.00 중량%, 1.50 내지 3.00 중량%, 2.50 내지 10.00 중량%, 2.50 내지 9.00 중량%, 2.50 내지 8.00 중량%, 2.50 내지 7.00 중량%, 2.50 내지 6.00 중량%, 2.50 내지 5.00 중량%, 또는 2.50 내지 4.00 중량%, 예를 들어, 2.50 내지 3.00 중량%인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 트리에탄올아민(Triethanolamine) 0.10 내지 5.00 중량%, 0.10 내지 4.00 중량%, 0.10 내지 3.00 중량%, 0.10 내지 2.00 중량%, 0.50 내지 5.00 중량%, 0.50 내지 4.00 중량%, 0.50 내지 3.00 중량%, 0.50 내지 2.00 중량%, 1.00 내지 5.00 중량%, 1.00 내지 4.00 중량%, 또는 1.00 내지 3.00 중량%, 예를 들어, 1.00 내지 2.00 중량%를 추가적으로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 트리에탄올아민의 첨가를 통해 pH 값을 조절할 수 있고, 방빙제 조성물의 pH 값은 pH 5 내지 9, pH 5 내지 8, pH 5 내지 7, pH 6 내지 9, pH 6 내지 8, pH 6 내지 7, pH 7 내지 9, 또는 pH 7 내지 8인 것일 수 있고, 예를 들어, pH 7인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 방빙제 조성물은 중성에 가까워질수록 증점효과가 커지는 효과가 있다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 아졸(azole)류 0.01 내지 1.00 중량%, 0.01 내지 0.80 중량%, 0.01 내지 0.60 중량%, 0.10 내지 1.00 중량%, 0.10 내지 0.80 중량%, 0.10 내지 0.60 중량%, 0.20 내지 1.00 중량%, 0.20 내지 0.80 중량%, 0.20 내지 0.60 중량%, 0.40 내지 1.00 중량%, 또는 0.40 내지 0.80 중량%, 예를 들어, 0.40 내지 0.60 중량%를 추가적으로 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아졸류는 1,2,4-트리아졸, 벤조트리아졸, 및 톨리트리아졸로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있고, 예를 들어, 1,2,4-트리아졸인 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 살포 단계는 40 내지 60℃, 45 내지 60℃, 50 내지 60℃, 또는 55 내지 60℃의 방빙제 조성물을 사용하여 수행되는 것일 수 있고, 예를 들어, 60℃의 방빙제 조성물을 사용하여 수행되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 방빙제 조성물은 철도차량의 하부 표면에 살포하여 사용되는 것일 수 있다.
상기 방빙제 조성물은 원액 그대로 사용될 수 있고, 물을 용매로 희석하여 사용할 경우를 포함하여 50 내지 100 중량%, 50 내지 90 중량%, 50 내지 80 중량%, 50 내지 70 중량%, 60 내지 100 중량%, 60 내지 90 중량%, 60 내지 80 중량%, 60 내지 70 중량%, 70 내지 100 중량%, 또는 70 내지 90 중량%, 예를 들어, 70 내지 80 중량%를 포함하도록 희석하여 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서, 살포 단계는 프로필렌글리콜 프로필렌글리콜 45.00 내지 98.00 중량%, 폴리아크릴릭애씨드 0.50 내지 10.00 중량%, 트리에탄올아민 0.10 내지 5.00 중량%, 아졸류 0.01 내지 1.00 중량%, 물 0.10 내지 40.00 중량%를 포함하는 40 내지 60℃, 45 내지 60℃, 50 내지 60℃, 또는 55 내지 60℃의 방빙제 조성물을 철도차량의 하부 표면에 살포하여 수행되는 것일 수 있다. 상기 방빙제 조성물은 바람직하게는 프로필렌글리콜 55.00 내지 68.00 중량%, 폴리아크릴릭애씨드 1.50 내지 9.00 중량%, 트리에탄올아민 0.50 내지 4.00 중량%, 아졸류 0.40 내지 0.60 중량%, 물 20.00 내지 40.00 중량%를 포함하는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 프로필렌글리콜 65.00 내지 68.00 중량%, 폴리아크릴릭애씨드 2.50 내지 3.00 중량%, 트리에탄올아민 1.00 내지 2.00 중량%, 아졸류 0.40 내지 0.60 중량%, 물 20.00 내지 40.00 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 철도차량 하부용 방빙제 조성물 및 이를 이용한 융빙 또는 방빙 방법에 관한 것으로서, 상기 조성물은 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG)을 기초물질로 하고 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA)를 증점제로 첨가하여 점도를 높임으로써 부착성능이 개선된 방빙제 조성물로서 제공되고, 인체에 무해한 친환경 물질을 사용하므로, 이를 철도차량 하부에 사용하기 적합한 방빙제 조성물로서 효과적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초산칼륨(a), 개미산칼륨(b) 및 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG)(c)의 건조에 따른 염 석출 여부를 평가한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방빙제 조성물을 시판되는 타사 제품과 비교하여 온도 변화에 따른 동점도 수치 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방빙제 조성물을 증점제의 함량에 따라 살포 후 표면에 잔류하는 기간을 비교하기 위한 시판되는 타사 제품 및 1, 2차 시제품에 대한 PG 검출 결과 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 방빙제 조성물을 증점제의 함량에 따라 살포 후 표면에 잔류하는 기간을 비교하기 위한 3차 시제품에 대한 PG 검출 결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방빙제 조성물을 시판되는 타사 제품과 비교하여 온도 변화에 따른 동점도 수치 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방빙제 조성물을 증점제의 함량에 따라 살포 후 표면에 잔류하는 기간을 비교하기 위한 시판되는 타사 제품 및 1, 2차 시제품에 대한 PG 검출 결과 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 방빙제 조성물을 증점제의 함량에 따라 살포 후 표면에 잔류하는 기간을 비교하기 위한 3차 시제품에 대한 PG 검출 결과 그래프이다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 명세서 전체에 걸쳐, 특정 물질의 농도를 나타내기 위하여 사용되는 "%"는 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량)%, 고체/액체는 (중량/중량)%, 그리고 액체/액체는 (중량/중량)%이다.
실시예 1: 기초물질의 선정
방빙제 조성물의 기초물질을 선정하기 위하여 제/방빙 성능이 우수하고 어는 점이 낮은 물질을 조사하여 조사된 물질의 물리, 화학적 성질, 안정성, 환경 영향성 등을 고려하여 선정하였다.
기초물질 후보로는 대표적으로 제설 및 방빙액으로 사용 중인 유기염류, 알코올류 및 기타 요소와 같은 물질이 있으며, 구체적으로 유기염류로는 개미산나트륨, 개미산칼륨, 초산나트륨 및 초산칼륨이 있고, 알코올류로는 프로필렌글리콜, 에틸알코올, 글리세린 및 요소를 들 수 있다. 이들에 대하여 후보 물질의 융빙 성능, 침투 성능, 방빙 성능을 평가하였다.
도 1에서 확인할 수 있듯이, 성능 평가 결과에 따른 평가에 있어서 초산칼륨 또는 개미산칼륨의 경우 수분이 증발하면서 백색염이 석출되어 이는 부식 우려와 시각적인 문제 소지의 근거도 있어 적용이 어려운 반면, 프로필렌글리콜은 이러한 현상이 없고 우수한 제/방빙 성능을 보일 뿐만 아니라 친환경 물질로서 생분해성이 무수하므로, 프로필렌 글리콜을 기초물질로 선정하였다.
실시예 2: 증점제의 종류 및 함량에 따른 동점도 확인
프로필렌글리콜의 방빙 성능 및 부착 성능 향상을 위해 다양한 증점제를 사용하여 비교 연구하였다.
점도에는 동점도, 절대점도, 고유점도, 용융점도, 회전점도 등 다양한 점도가 있는데, 고속철도차량용 방빙제 조성물은 철도차량에 살포되어 중력에 대항하여 부착 상태를 유지해야 하므로 동점도를 측정(KS M 2014)하였다. 점도의 측정은 60℃(가온/살포 조건), 0℃(저장 조건), -20℃(주행 조건) 세가지 온도에서 측정하였으며, 프로필렌글리콜만의 동점도 측정 결과는 하기 표 1과 같다.
| 물질 | 프로필렌글리콜 (기준) | ||
| 온도 | 60℃ | 0℃ | -20℃ |
| 동점도 | 5.9 m2/s | 117.0 m2/s | 692.0 m2/s |
융빙 성능을 고려하여 증점제를 1% 첨가하였을 때의 점도를 기준으로 평가하였다. 증점제로는 상용화된 증점제인 S-55, S-100, S-260, S-400, S-2000, S-5100, P-300, P-400, P-1000, 및 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA)를 선택하여 사용하였다.
PA 1 중량%를 사용하는 경우, pH 조건에 따른 변화를 확인하기 위하여 트리에탄올아민(Triethanolamine)을 0.06, 0.12, 및 0.18 중량%가 되도록 첨가하여 각각 pH 5, pH 7, 및 pH 9 조건으로 조성하였다.
| 온도 | 60℃ | |||||
| 물질 | S-55 1% | S-100 1% | S-260 1% | S-400 1% | S-2000 1% | S-5100 1% |
| 동점도 | 7.9 m2/s | 9.3 m2/s | 9.8 m2/s | 9.9 m2/s | 10.9 m2/s | 12.0 m2/s |
| 물질 | P-300 1% | P-400 1% | P-1000 1% | PA 1% pH 5 | PA 1% pH 7 | PA 1% pH 9 |
| 동점도 | 8.7 m2/s | 9.4 m2/s | 10.0 m2/s | 20.2 m2/s | 25.2 m2/s | 9.6 m2/s |
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, PA 1%를 사용한 경우 기초 물질(5.9 m2/s) 대비 점도가 5배(25.2 m2/s)로 증가하였다. PA는 화장품에 사용되는 친환경 고분자 물질로 -EWG(Environmental Working Group) 0등급에 해당하는 녹색 물질이다.
또한, PA를 1%의 동일한 함량으로 사용 시 pH 조절제인 트리에탄올아민의 첨가량에 따라 조절되는 pH가 중성에 가까워질수록 증점효과가 커지는 것을 확인하였다.
실시예 3: 타사 제품 대비 동점도 비교평가
시판되고 있는 타사 방빙액을 입수하여 본 발명의 실시예에 따라 개발한 방빙제 조성물(표 2의 PA 1% pH 7)과 동점도를 비교하였다. 입수한 타사 방빙액으로는 Kilfrost Rail(Kilfrost), Interlube CTG/GGR(Interlube, inc.), Zero gravity 3rd Rail(Midwest Industrial Supply, lnc.), 및 Ice Free Switch(Midwest Industrial Supply, lnc.)의 4종을 선택하여 60℃의 조건에서 특정을 시작하여 점점 온도를 낮추면서 비교 평가를 진행하였다.
| 제품명 | PA 1% pH 7 | Kilfrost Rail | Interlube CTG/GGR | Zero Gravity 3rd Rail | Ice Free Switch |
| 용 도 | 철도차량 하부용 방빙제 | 철도차량 하부용 방빙제 | 철도차량 하부용 방빙제 | 3rd rail 방빙제 | 선로전환기 방빙제 |
도 2에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 방빙제 조성물은 고온 동점도의 경우 타사제품 대비 유사하게 나타났으며, 저온 동점도의 경우 타사제품 대비 점도가 급격하게 상승하였다. 따라서 저온에서 점도가 충분히 높아 고속으로 주행하는 철도차량 하부에 대한 점착성이 우수할 것으로 판단된다.
또한 살포 시 40 내지 60℃의 가온이 필요한 것을 확인하였고, 살포된 방빙제 조성물은 실제 사용 시 외부 기온에 의해 급격하게 온도가 떨어지게 되면서 점성이 급격하게 상승하므로 타사 제품 대비 더 많은 양이 살포한 대상의 표면에 부착되며, 고속으로 이동시에도 탈락하지 않고 잘 부착되어 방빙 및 부착 성능을 가짐으로써 성능을 충분히 발휘할 수 있음을 확인하였다.
이어서 방빙 성능의 평가를 위해 Water Spray Endurance Test(WS), 및 High Humidity Endurance Test(HH)로 구성된 LIMA AMIL 방빙 성능 평가를 항공기 동체용 방빙제 규격인 Type IV 기준을 대조군으로 하여 수행하였다. PG 단독 시료는 PG 75.0 중량% 및 물 25.0 중량%를 포함하고, 1차 시제품은 PG 96.29 중량%, PA 2.14 중량%, 트리에탄올아민 0.86 중량%, 및 1,2,4-트리아졸 0.71 중량%를 포함하는 시료에 물을 첨가하여 75%로 희석 후 사용하였다.
| 방빙 성능 | Type IV (항공기 동체용) | PG 단독 | 1차 시제품 (PG+PA) | |||
| 75% 희석 |
WSET | HHET | WSET | HHET | WSET | HHET |
| 20 min | 120 min | 8 min | - | 26 min | 140 min | |
상기 표 4에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 방빙제 조성물은 항공기 동체용 방빙제 조성물 규격인 Type IV 기준보다 우수한 방빙 성능을 나타냈다.
실시예 4: 부식방지첨가제의 성능 확인
4-1. 프로필렌글리콜의 비금속 및 금속 재질에 대한 평가
기초물질인 PG의 고무 재질에 대한 영향성을 평가하였다. 고무 재질로는 천연고무(NR)을 선택하여 사용하였다. (*부동액 규격(KS M 2142) 기준: 무게 변화율 ±0.1~0.3 합격, 0.3 초과 시 불합격, ** 항공기동체용 제설제 규격(ASTM F 483) 기준: 무게 변화율 ±0.1~0.8 합격, 0.8 초과 시 불합격)
고무재질에 대한 영향성 평가는 KS M 2163 7.9항으로 평가하였다. NR 고무에 대한 무게변화, 부피변화 및 경도 변화를 측정하여 본 발명의 방빙제 조성물의 고무에 대한 영향성을 평가하였다.
구체적으로, 고무 시험편을 아세톤으로 세척 및 건조시킨 후 무게(m1), 부피(v1), 경도(c1)를 측정하였다. 70%의 PG를 포함하는 50±2℃의 시험액(물) 150 mL에 120 hr 동안 시험편을 침지하였다. 이후 시험액을 제거하고 세척 및 건조시킨 후 시험편의 무게(m2), 부피(v2), 경도(c2)를 다시 측정하였다. 각 무게, 부피 및 경도 변화량을 계산하여 고무영향성을 평가하였다.
부피변화율(v1, v2)은 다음과 같이 계산한다.
v1 = 시험 전 공기 중에서의 무게(g) - 시험 전 물속에서의 겉보기 무게(g)
v2 = 시험 후 공기 중에서의 무게(g) - 시험 후 물속에서의 겉보기 무게(g)
| 시험편 | 무게 (m1) | 무게 (m2) | 부피 (v1) | 부피 (v2) | 경도 (h1) | 경도 (h2) |
| NR 고무 1 | 2.3013 | 2.3019 | 1.641 | 1.640 | 64.0 | 63.5 |
| NR 고무 2 | 2.2286 | 2.2298 | 1.588 | 1.594 | ||
| NR 고무 2 | 2.3398 | 2.3413 | 1.669 | 1.668 | ||
| 평균 변화율 | +0.05 | +0.09 | -0.015 | |||
표 5에서 확인할 수 있듯이, 기초물질인 PG는 고무 재질에 대한 영향성이 적게 나타났다.
이어서, 금속 재질에 대한 영향성 평가는 항공기 화학물질에 대한 모든 액상부식 평가 방법인 전체침지부식평가(ASTM F 483) 규격으로 평가하였다.
구체적으로, 금속 시험편을 아세톤으로 세척 및 건조시킨 후 무게(m1)를 측정하였다. 금속 시험편이 충분히 잠길 수 있는 양에 해당하는 38±2℃의 시험액에 168 hr 동안 시험편을 침지하였다. 이후 시험액을 제거하고 세척 및 건조시킨 후 무게(m2)를 측정하였다. 무게(m1)와 무게(m2)의 변화량을 계산하여 부식 정도를 평가하였다.
| 항 목 | 시험 전 | 시험 후 |
| 외 관 |
 |
 |
| 무 게 | 51.5905 | 51.5912 |
| 무게 변화율 | +0.022 | |
표 6에서 확인할 수 있듯이, 기초물질인 PG는 금속 재질에 대한 영향성 또한 적게 나타났다.
4-2. 증점제, 부식방지첨가제 및 pH 조절제를 포함하는 방빙제 조성물의 비금속 및 금속 재질에 대한 평가
실시예 4-1과 동일하게 수행하되, 방빙제 조성물은 기초물질로 PG 67.4 중량%, 물 30.0 중량%, 증점제로 PA 1.5 중량%, pH 조절제로 트리에탄올아민 0.6 중량%, 및 부식방지첨가제로 아졸(Azole)류인 1,2,4-트리아졸(1,2,4-triazole) 0.5 중량%를 포함하는 것으로 조성하였다.
| 시험편 | 무게 (m1) | 무게 (m2) | 부피 (v1) | 부피 (v2) | 경도 (h1) | 경도 (h2) |
| NR 고무 1 | 2.1960 | 2.1990 | 1.536 | 1.528 | 66 | 66 |
| NR 고무 2 | 2.2253 | 2.2299 | 1.590 | 1.594 | ||
| NR 고무 2 | 2.1642 | 2.1662 | 1.540 | 1.547 | ||
| 평균 변화율 | +0.03 | +0.003 | 0 | |||
표 7에서 확인할 수 있듯이, 방빙제 조성물의 경우 PG 단독으로 수행한 경우 대비 고무 재질에 대한 영향성이 더 적고 산화 방지 능력 또한 우수하게 나타났다.
| 항 목 | 시험 전 | 시험 후 |
| 외 관 |
 |
 |
| 무 게 | 51.6687 | 51.6692 |
| 무게 변화율 | +0.014 | |
표 8에서 확인할 수 있듯이, 방빙제 조성물의 경우 PG 단독으로 수행한 경우 대비 금속 재질에 대한 영향성이 더 적고 산화 방지 능력 또한 우수하게 나타났다.
다양한 재질에 대한 평가를 위하여 부동액 및 항공기 동체용 제설제 시험을 위한 규격 시험편에 대한 평가 또한 추가적으로 수행하였다.
| 시험편 종류 | 자동차용 부동액 규격 시험편 금속 | ||||
| 시험편 재질 | Aluminum | Cast Iron | Steel | Brass | Copper |
| PG의 무게 변화율 |
+0.006 | +0.0045 | 0 | -0.071 | -0.039 |
| 방빙제 조성물의 무게 변화율 |
+0.002 | +0.0024 | -0.0003 | -0.0021 | -0.0037 |
| 시험편 종류 | 항공기 동체용 제설제 규격 시험편 금속 | |||||
| 시험편 재질 | Aluminum (4037) |
Aluminum (4041) |
Aluminum (4049) |
Magnesium (4376) |
Titanium (4911) |
C-Steel (5045) |
| PG의 무게 변화율 |
-0.003 | 0 | -0.003 | -0.018 | 0 | -0.024 |
| 방빙제 조성물의 무게 변화율 |
0 | 0 | 0 | -0.004 | +0.001 | -0.002 |
표 9 및 10에서 확인할 수 있듯이, 기초물질인 PG는 금속에 대한 부식방지 성능이 우수하고, 이에 PA 및 부식방지첨가제를 첨가한 방빙제 조성물은 부식방지 성능이 더욱 우수한 것으로 나타났다.
이에 따라 본 발명의 방빙제 조성물은 금속 및 비금속에 대한 외관, 무게, 부피 등에 영향을 미치는 부식 영향성이 모두 미미함을 알 수 있다.
실시예 5: 방빙제 조성물의 성분 최적화
실시예 2에서 제조한 방빙제 조성물에 있어서, 표 11과 같이 증점제인 PA의 함량을 조절하여 점도를 높이고 부착성을 개선함으로써 성능을 향상시킬 수 있는 최적화 조건을 탐색하였다. 각각의 시료는 원액 또는 물을 첨가하여 70% 희석된 형태로 사용되었다.
| 구분 | 증점제 PA (중량%) |
트리에탄올아민 (중량%) | 1,2,4-트리아졸 (중량%) | 프로필렌글리콜 (중량%) | 물 (중량%) |
| 2차 시제품 (70% 희석) |
9.0 | 3.6 | 0.5 | 56.9 | 30.0 |
| 3차 시제품 #1 (70% 희석) |
7.5 | 3.0 | 0.5 | 59.0 | 30.0 |
| 3차 시제품 #2 (70% 희석) |
6.0 | 2.4 | 0.5 | 61.1 | 30.0 |
| 3차 시제품 #3 (70% 희석) |
4.5 | 1.8 | 0.5 | 63.2 | 30.0 |
| 3차 시제품 #4 (70% 희석) |
3.0 | 1.2 | 0.5 | 65.3 | 30.0 |
| 1차 시제품 (70% 희석) |
1.5 | 0.6 | 0.5 | 67.4 | 30.0 |
| 구분 | 농도 | 동점도 (cSt, 60℃) |
살포가능 여부 |
300 km/h 부착성능 (유효성능 유지기간) |
| 2차 시제품 | 70% 희석 | 371 | △ | 6일간 유지 |
| 원액 | 1104 | △ | ||
| 3차 시제품 #1 |
70% 희석 | 264 | ○ | |
| 원액 | 737 | △ | ||
| 3차 시제품 #2 |
70% 희석 | 214 | ○ | |
| 원액 | 475 | △ | ||
| 3차 시제품 #3 |
70% 희석 | 154 | ○ | |
| 원액 | 296 | ○ | ||
| 3차 시제품 #4 |
70% 희석 | 105 | ○ | 6일간 유지 살포력 우수 |
| 원액 | 186 | ○ | ||
| 1차 시제품 |
70% 희석 | 45 | ○ | 1~2일 유지 |
| 원액 | 80 | ○ | ||
| 타사 제품 (Kilfrost) |
70% 희석 제품 |
2.3 | ○ | 1일 유지 못함 |
표 12, 도 3a 및 3b에서 확인할 수 있듯이, 방빙제 조성물의 점도가 높을수록 점착성이 향상되어 성능을 유지하는 기간이 길어지는 것으로 판단하였다. 특히, 3차 시제품 #4의 경우 유지기간 및 살포력이 우수하여 증점제의 성분 함량이 가장 적절한 것으로 나타났다.
Claims (11)
- 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG) 45.00 내지 98.00 중량%, 및 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA) 0.50 내지 10.00 중량%를 포함하는 방빙제 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 방빙제 조성물은 트리에탄올아민(Triethanolamine) 0.10 내지 5.00 중량%를 추가적으로 포함하는 것인, 방빙제 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 방빙제 조성물은 pH 5 내지 9인 것인, 방빙제 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 방빙제 조성물은 아졸(azole)류 0.01 내지 1.00 중량%를 추가적으로 포함하는 것인, 방빙제 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 방빙제 조성물은 철도차량의 하부 표면에 살포하여 사용되는 것인, 방빙제 조성물.
- 프로필렌글리콜(Propylene Glycol; PG) 45.00 내지 98.00 중량%, 및 폴리아크릴릭애씨드(Polyacrylic acid; PA) 0.50 내지 10.00 중량%를 포함하는 방빙제 조성물을 대상 표면에 살포하는 살포 단계를 포함하는 융빙 또는 방빙 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 방빙제 조성물은 트리에탄올아민(Triethanolamine) 0.1 내지 5.0 중량%를 추가적으로 포함하는 것인, 융빙 또는 방빙 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 방빙제 조성물은 pH 5 내지 9인 것인, 융빙 또는 방빙 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 방빙제 조성물은 아졸(azole)류 0.01 내지 1.00 중량%를 추가적으로 포함하는 것인, 방빙제 조성물.
- 제6항에 있어서, 상기 살포 단계는 40 내지 60℃의 방빙제 조성물을 사용하여 수행되는 것인, 융빙 또는 방빙 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 대상 표면은 철도차량의 하부 표면인 것인, 융빙 또는 방빙 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210136061A KR102673864B1 (ko) | 2021-10-13 | 2021-10-13 | 철도차량 하부용 방빙제 조성물 및 이를 이용한 융빙 또는 방빙 방법 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005194533A (ja) * | 2004-01-09 | 2005-07-21 | Clariant Gmbh | 層状ケイ酸塩で増粘された除氷剤組成物及び防氷剤組成物 |
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