KR20230106086A - 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제 - Google Patents
콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 염화물계 물질, 부식방지제, 혼화제 및 침투성 방수제를 포함하는 친환경 액상 제설제를 제공함으로써 콘크리트의 압축강도를 향상시키고 수분의 침투를 차단함으로써 동결융해에 대한 저항성을 향상시켜 콘크리트의 수명을 개선할 수 있다.
또한, 액상 형태로 살포되어 제설 작업에 용이하고 초기 융빙 성능이 우수하여, 빠른 초기 융빙 성능을 요구하고 아스팔트 도로 파손이 치명적인 피해를 야기하는 교량, 경사로 및 고속도로 제설 용도로 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 액상 형태로 살포되어 제설 작업에 용이하고 초기 융빙 성능이 우수하여, 빠른 초기 융빙 성능을 요구하고 아스팔트 도로 파손이 치명적인 피해를 야기하는 교량, 경사로 및 고속도로 제설 용도로 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화물계 액상 제설제에 혼화제, 침투성 방수제 및 분산제를 첨가하여 콘크리트의 압축강도 향상 및 수분 침투성을 억제하여 콘크리트의 동결융해 저항성을 향상시키는 친환경 액상 제설제에 관한 것이다.
최근 기상이변으로 인하여 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 폭설이 빈번하게 발생하고 있어 이에 따른 제설제의 사용량이 증가하고 있다. 국가별로 사용하는 제설제의 종류가 조금씩 다르지만 우리나라는 주로 일반 염화물계 제설제를 사용한다.
염화물계 제설제는 염화칼슘(CaCl2) 및 염화나트륨(NaCl)를 주요 성분으로 포함한다. 염화물계 제설제는 조해성에 의한 빠른 용해 반응 및 발열 반응을 통하여 융빙 작용을 하는데, 이온들로 인한 어는점 내림에 의해 이러한 융빙 작용이 유지된다. 염화물계 제설제는 우수한 융빙 성능과 가격이 저렴하다는 장점이 있어 제설제 시장의 약 90%를 점유하고 있다.
그러나, 염화물계 제설제는 공통적으로 염소 이온(Cl-)을 다량으로 포함하고 있어 차량 하부나 교량의 철을 부식시키고 식물을 황화시키며 콘크리트를 열화시키는 성질이 있다. 특히, 눈과 함께 용해된 제설제 용액이 콘크리트 공극에 침투하여 동결 융해가 반복되며 콘크리트 파손이 가속화된다.
콘크리트 파손은 수많은 공공재와 직결되어 큰 사회적 피해를 유발한다. 콘크리트 파손에 따른 도로유지 보수비용은 톤당 약 2,000달러에 달하며 이는 제설제 가격의 10배 수준이다. 따라서, 콘크리트 파손을 방지하여 콘크리트의 수명을 개선하는 제설제에 대한 시장의 요구가 증가하고 있다.
이에 따라, 철 및 콘크리트의 파손을 방지하고 식물에 영향을 덜 미치는 친환경 제설제의 개발 및 사용이 독려되고 있지만 친환경 제설제는 일반적으로 기존 염화물계 제설제에 비해 가격이 높고 성능이 저조하다는 단점이 있다. 특히, 친환경 제설제 중 비염화물계 제설제는 아세테이트계 물질를 요구하여 가격이 매우 높으며, 융빙 성능이 염화물계 제설제에 비하여 절반 수준으로 매우 낮다.
따라서, 가격 경쟁력이 있고 콘크리트 파손을 방지하면서도 동시에 융빙 성능이 뛰어난 친환경 제설제에 대한 연구가 필요하다.
가장 대중적으로 사용되는 친환경 제설제는 고상 염화물계 제설제에 부식 방지제를 혼합한 고상 제설제이다. 고상 친환경 제설제는 부식방지제에 의해 철에 대한 부식이 방지되는 효과를 발휘하지만, 장기보관 시 고결화로 인하여 사용성이 떨어지며 경사로, 교량 등 즉각적 제설이 필요한 지역에는 사전에 살포하여야만 정상적인 융빙 성능을 보인다는 단점이 있다. 또한, 제설 후 생성된 용액이 콘크리트의 공극으로 침투하여 콘크리트가 열화되는 문제는 해결하기 어렵다는 한계를 갖는다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-2141869호에서는 담체에 염화나트륨 및 염화칼슘을 포집하여 강한 지속성을 갖도록 하는 고상 제설제 조성물에 대하여 기재하고 있다. 상기 문헌은 제설제의 지속력을 증가시켜 제설제 사용량을 감소시킴으로써 비교적 친환경적인 제설제 조성물을 제공하지만, 액상 제설제에 비하여 폭설에 대해 즉각적인 대처가 어려우며 콘크리트나 철제 구조물 등 도로 시설물의 부식을 방지하지 못한다는 치명적인 단점이 있다.
반면, 액상 친환경 제설제는 염화물과 부식 방지제를 물에 용해시킨 형태로, 비열이 높아 즉각적인 제설이 필요한 곳에서도 바로 사용이 가능하다. 또한, 전용 탱크에 보관할 수 있어 별도 제설 창고를 필요로 하지 않고 온도 및 습도에 거의 영향이 미치지 않아 관리가 편하다. 나아가, 고결화가 일어나지 않으므로 장기간 보관에 용이하다는 장점이 있어 전 세계적으로 액상 제설제의 사용량이 증가하는 추세이다.
이와 관련, 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0065667호에서는 염화물계 물질을 사용하지 않는 저부식성 친환경 액상 제설제 조성물에 대하여 기재하고 있다. 염화물계 물질을 사용하지 않으므로 아세테이트계 물질을 융빙제로서 사용하지만, 아세테이트계 물질은 염화물계 물질에 비해 가격이 높고 융빙 성능이 매우 떨어져 상용화하기에는 무리가 있다.
나아가, 부식방지제가 용해된 친환경 액상 제설제 역시 철에 대한 부식은 방지하지만 눈과 제설제 용액이 콘크리트의 공극에 침투하여 콘크리트를 열화시키는 문제까지는 해결하지 못한다는 한계를 갖고 있다.
이에 따라, 저렴한 가격과 뛰어난 융빙 성능을 가지면서도 콘크리트의 열화를 효과적으로 방지할 수 있는 친환경 액상 제설제의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 염화물계 물질, 혼화제, 침투성 방수제 및 분산제를 포함함으로써 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 친환경 액상 제설제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 염화물계 물질, 침투성 방수제 및 분산제를 포함하는 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제를 제공한다.
본 발명에서, 상기 염화물계 물질은 염화칼슘(CaCl2), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl) 및 염화마그네슘(MgCl2)에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서, 상기 침투성 방수제는 실란, 규산염, 실리코네이트 및 실록산 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명에서, 상기 분산제는 보호 콜로이드, 및 수중유형(O/W) 및 유중수형(W/O) 중 하나 이상의 계면활성제를 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 보호 콜로이드 및 계면활성제의 비율이 1:1 내지 1:10일 수 있다.
본 발명에서, 상기 보호 콜로이드가 폴리비닐알콜, 아라비아검, 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 카르복시 메틸 셀룰로오스로 구성된 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에서, 상기 보호 콜로이드의 함량이 전체 조성물 중량에 대하여 0.0001 내지 5중량%일 수 있다.
본 발명에서, 상기 계면활성제의 함량이 전체 조성물 중량에 대하여 0.001 내지 10중량%일 수 있다.
본 발명에서, 상기 수중유형 및 유중수형 계면활성제의 비율이 10:1 내지 1:10일 수 있다.
본 발명에서, 상기 제설제는 글루콘산염, 오르쏘인산염, 폴리인산염 및 규산염에서 선택되는 1종 이상의 부식방지제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 제설제는 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트 및 폴리카보네이트 중에서 선택되는 1종 이상의 혼화제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 상기 제설제의 DLS 직경이 1,000 내지 3,000nm일 수 있다.
본 발명에 따른 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제는 염화물계 물질, 부식방지제, 혼화제, 침투성 방수제 및 분산제를 포함함으로써 제설제가 도로에 살포되었을 때, 콘크리트 자체의 압축강도 등의 물성을 향상시키며 콘크리트 내로 수분이 침투하는 것을 차단할 수 있는 코팅막을 형성함으로써 동결융해로 인한 콘크리트의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 친환경 액상 제설제는 빠른 초기 융빙 성능이 요구되고 아스팔트 도로 파손이 치명적인 피해를 야기하는 교량, 경사로, 고속도로 등의 제설 용도로 유용하게 사용될 수 있다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명은 콘크리트 파손을 억제하는 친환경 액상 제설제에 관한 것이다.
제설제는 구성물질에 따라 염화물계 및 비염화물계로 나뉘어지며 형태에 따라 고상 및 액상으로 구분된다.
염화물계 제설제는 염화칼슘, 염화나트륨 등 염소 이온이 함유된 염화물계 물질을 사용한다. 염화물계 제설제는 조해성을 가져 빠른 용해반응을 일으키며 용해반응을 통해 발생하는 열을 이용하여 눈을 녹인다. 또한, 제설제가 눈을 녹이면서 이온화된 이온들로 인해 어는점 내림 현상이 발생하여 눈이 녹은 채로 유지된다.
그러나, 염화물계 물질에 다량 함유된 염소 이온은 철과 반응하면서 염화철을 형성하여 자동차, 철근, 교량 등 철제 구조물을 부식시킨다. 또한, 염화물계 물질이 눈이 녹아 형성된 물에 용해되어 콘크리트의 공극으로 침투하면 콘크리트 내부에서 동결과 발열반응이 반복적으로 일어나며 콘크리트를 동결융해시킨다. 이는 아스팔트, 도로시설물 등에 사용된 콘크리트를 열화시켜 유지 보수비용을 증가시키며 안전사고 문제를 유발한다. 나아가, 도로변 식물의 대사를 방해하여 가로수를 황화시키는 등 수많은 사회 및 환경 문제를 일으킨다는 단점이 있다.
형태에 따라 나누었을 때, 액상 제설제는 고상 제설제에 비하여 장기간 보관이 용이하고 고결화에 대한 이슈가 현저히 적다. 나아가, 고체에 비해 사용이 간편하고, 준비시간을 단축시켜 작업 인원 및 유지관리비를 절감시켜주는 등 경제성 면에서도 우수한 면을 보인다.
하지만, 액상 제설제는 도로에 살포되었을 경우 녹은 눈과 함께 또는 액상 제설제 그 자체만으로도 콘크리트 공극 사이로 침투할 수 있으며 침투한 수분이 콘크리트를 열화시킬 수 있다는 치명적인 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 콘크리트 파손을 방지하는 친환경 액상 제설제로서, 염화물계 물질, 부식 방지제, 혼화제, 침투성 방수제 및 분산제를 포함하는 액상 제설제를 제공한다. 본 발명의 친환경 액상 제설제는 기존 콘크리트에 사용되는 혼화제 및 침투성 방수제를 제설제에 접목시킴으로써 제설제가 콘크리트에 사용되더라도 콘크리트를 열화시키지 않고 오히려 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻고자 하였다.
본 발명의 액상 제설제는 염화물계 물질, 부식 방지제, 혼화제, 침투성 방수제 및 분산제를 용매에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 용매로는 제설제 성분을 용해시켜 액상으로 제조할 수 있는 물질이면 특별히 제한되지 않으나, 물, 아세톤, 클로로포름, 에탄올 등의 극성 용매를 이용할 수 있으며, 냄새가 나지 않고 부가 반응을 일으키지 않아 가장 안정적인 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 용매의 함량은 전체 조성물 총 중량에 대하여 50 내지 90중량%일 수 있으며, 바람직하게는 60 내지 80중량%일 수 있다.
본 발명의 제설제는 융빙제로서 염화물계 물질을 사용한다. 상기 염화물계 물질은 조해성을 갖는 염화물계 물질 중에서 사용될 수 있으며, 바람직하게는 염화칼슘(CaCl2), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl) 및 염화마그네슘(MgCl2) 중 하나 이상이 사용될 수 있다. 이 중에서, 조해성이 뛰어나며 어는점 내림 현상이 가장 크게 일어나는 염화칼슘이 가장 바람직하다.
상기 염화물계 물질은 전체 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 70중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 15 내지 40중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 35중량% 포함될 수 있다. 상기 염화물이 소량 함유되면 융빙제로서 성능이 부족해지며 과도하게 함유되면 밀도가 높아져 분산이 어려워진다.
이러한 염화물계 물질을 이용한 융빙제는 염소 이온을 다량 함유한다. 함유된 염소 이온은 철과 반응하여 염화철을 형성시켜 철제 구조물을 부식시키는 문제점이 있어 본 발명에서는 제설제 조성물에 부식 방지제를 첨가하여 부식성을 억제하고자 하였다.
상기 부식 방지제는 글루콘산염(gluconate), 오르쏘인산염(orthophosphate), 폴리인산염(polyphosphate), 규산염(silicate) 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서는 글루콘산염을 사용하는 것이 바람직하며, 독성이 없고 생물학적 분해가 용이한 글루콘산나트륨(sodium gluconate)를 사용하는 것이 가장 바람직하다.
상기 부식 방지제는 전체 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5중량% 포함되는 것이 바람직하며, 0.5 내지 2중량% 포함되는 것이 더욱 바람직하다. 부식 방지제가 과도하게 많이 함유되면 과잉 착염 형성으로 불용분이 발생할 수 있으며, 너무 적게 함유되면 염소 이온에 의한 철의 부식을 방지하기 어렵다.
일반적으로 혼화제는 콘크리트가 굳기 전 또는 굳은 후의 성능을 향상시키고 특정한 성능을 부여하기 위해 사용되는 첨가제이다.
본 발명에서는 콘크리트에 사용되는 혼화제를 제설제 조성물에 포함함으로써 제설제가 도로 등 콘크리트 구조물에 사용되었을 때 콘크리트의 압축 강도 등의 특성을 향상시킬 수 있도록 하였다.
상기 혼화제는 콘크리트 압축 강도 개선을 위해서 아크릴산을 베이스로 사용하는 폴리카본산 혼화제가 사용될 수 있다. 예를 들어 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 프로필메타아크릴레이트, 폴리카보네이트 등이 사용될 수 있으며, 메틸메타아크릴레이트가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 혼화제는 전체 조성물 총 중량에 대하여 0.01 내지 5중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.03 내지 0.2중량%, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.15중량% 포함될 수 있다. 혼화제가 0.01중량% 미만으로 포함되면 동결융해 저항성 및 혼합물 간 결합 유도 효과 등 내구성을 향상시키는 효과가 미약할 수 있고, 5중량% 초과로 포함되었을 경우 혼화제의 첨가 비율 증가에 따라 강도 증진 비율이 감소하여 내구성 향상 효과가 미약해지므로 경제성이 떨어질 수 있으며 제설 성능에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 혼화제를 포함하는 액상 제설제가 콘크리트의 압축강도를 최대 44.7%까지 향상시킬 수 있는 것을 확인하였다.
본 발명의 친환경 액상 제설제는 또한 침투성 방수제(penetrating sealer)를 포함한다. 제설제의 사용으로 생성된 염화물이 용해된 물이 콘크리트의 공극으로 침투하면 염화물계 물질의 조해성에 의하여 발생한 용해열 및 어는점 내림으로 인해 동결융해가 반복되게 된다. 구체적으로, 콘크리트 내부로 침투한 수분이 동결할 때 부피가 증가함에 따라 발생하는 팽창압으로 인해 콘크리트 표층부가 파괴되고 수분과 함께 침투한 제설제로 인해 다시 융빙 현상이 반복되며 균열 발생이 촉진된다. 본 발명에서는 콘크리트 양생 시에 수분의 침투를 방지하기 위해 첨가하는 침투성 방수제를 제설제 조성물에 포함함으로써 제설제가 사용되었을 때 콘크리트에 수분이 침투하지 못하는 막을 형성하도록 하였다.
구체적으로, 제설제가 도로에 살포되어 콘크리트의 공극으로 침투하면 침투성 방수제의 실리콘 성분이 콘크리트의 칼슘 성분과 반응하여 C-S-H(calcium-silicate-hydrate) 결합을 형성한다. 이러한 C-S-H 결합이 콘크리트 표면으로 침투하는 수분을 차단하는 코팅막을 형성한다. 따라서, 콘크리트 열화의 원인인 수분이 침투하지 못하게 되어 동결융해 파손이 최소화되고 콘크리트의 수명이 연장될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 침투성 방수제를 포함하는 제설제를 처리한 콘크리트가 비처리 샘플 대비 71% 이하의 물 투과도를 나타낸다는 것을 확인하였다.
상기 침투성 방수제는 습윤 환경에서 콘크리트와 화학적으로 결합할 수 있는 실리콘계 방수제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 실란(silane), 규산염(silicate), 실리코네이트(siliconate) 및 실록산(siloxane) 중에서 선택되는 1종 이상의 방수제를 사용하는 것이 바람직하며, 옥틸트리에톡시실란, 옥타메틸사이클로테트라 실록산, 폴리메틸하이드로실란 및 이들의 혼합물 중 하나를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 침투성 방수제는 서로의 특성을 보완하기 위하여 2종 이상을 혼합하는 것이 바람직하고, 예를 들어 실란 및 실록산을 1:1 내지 10:1로 혼합할 수 있으며, 바람직하게는 2:1 내지 6:1의 비율로 혼합할 수 있다.
상기 침투성 방수제의 총 함량은 전체 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 3중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.15 내지 1중량%, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.5중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 친환경 액상 제설제는 기존 콘크리트 분야에서 사용되는 혼화제 및 침투성 방지제를 제설제에 적용하는 과정에서 분산이 잘 이루어지지 않는 문제를 해결하고자 분산제를 포함함으로써 상기 혼화제 및 침투성 방지지의 원활한 분산을 유도하고 균일한 혼합을 통한 살포 용이성을 확보하고자 하였다.
상기 분산제로는 보호 콜로이드 및 계면활성제 특성을 보이는 물질을 사용할 수 있으며, 보호 콜로이드를 함유하고 수중유형(O/W) 및 유중수형(W/O) 중 하나 이상의 계면활성제를 포함하는 것이 바람직하다.
소수 콜로이드에 친수 콜로이드를 넣으면 친수 콜로이드가 소수 콜로이드를 둘러싸며 안정하게 되므로 전해질을 가해도 엉김이 일어나지 않고 잘 섞이게 되는데 이때의 친수 콜로이드를 보호 콜로이드라고 한다.
상기 보호 콜로이드는 폴리비닐알콜, 아라비아검, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시 메틸 셀룰로오스 등이 사용될 수 있으며, 폴리비닐알콜이 바람직하다.
상기 보호 콜로이드는 전체 조성물 총 중량에 대해서 0.0001 내지 5중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.0004 내지 0.3중량%, 더욱 바람직하게는 0.0007 내지 0.01중량% 포함될 수 있다.
상기 분산제는 보호 콜로이드 및 계면활성제의 비율을 1:1 내지 1:10, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:5의 비율로 사용하는 것이 바람직하다.
수중유형 계면활성제는 오일을 물 속에 입자 상태로 분산시키는 것이며 유중수형 계면활성제는 이와 반대인 경우를 말한다.
상기 수중유형 계면활성제는 오일을 물 속에 분산시킬 수 있는 수중유형 유화 특성을 나타내는 글리세린, 이소프로필알코올, 에틸렌글라이콜 등을 사용할 수 있으며, 글리세린이 가장 바람직하다.
상기 수중유형 계면활성제는 전체 조성물 총 중량에 대해서 대해서 0.0005 내지 5중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.00075 내지 0.5중량%, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.005중량% 포함될 수 있다.
상기 유중수형 계면활성제는 물 속에 오일을 분산시킬 수 있는 유중수형 유화 특성을 나타내는 폴리에틸렌글라이콜, 프로필렌글라이콜 등을 사용할 수 있으며, 폴리에틸렌글라이콜이 바람직하다.
상기 유중수형 계면활성제는 전체 조성물 총 중량에 대해서 0.0005 내지 5중량% 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.00075 내지 0.5중량%, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.005중량% 포함될 수 있다.
상기 계면활성제는 수중유형 및 유중수형 계면활성제가 모두 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어 수중유형 및 유중수형 계면활성제는 글리세린 및 폴리에틸렌글라이콜이 사용될 수 있다.
상기 수중유형 및 유중수형 계면활성제의 사용 비율은 10:1 내지 1:10일 수 있으며, 바람직하게는 2:1 내지 1:2일 수 있다.
본 발명은 최적의 분산제 종류 및 함량을 특정함으로써 동적 광산란법(DLS) 측정으로 분석한 제설제 DLS 직경이 1000 내지 3000nm, 특히 1500 내지 2500nm이 되도록 한 것을 특징으로 한다. DLS 직경이 상기 범위 내에서 콘크리트의 압축강도가 15MPa 이상, 특히 17MPa 이상이고, 물투과도가 80% 이하로 낮은 수치를 달성할 수 있다. DLS 직경이 1000nm 미만일 경우, 물 투과도가 더 감소하여 수분을 수월하게 차단할 수 있지만 표면 방수막이 빠르게 형성되어 혼화제 침투가 어려워져 콘크리트 압축 강도 개선 효과가 미비하게 되어 압축강도가 17MPa 미만이 된다. 또한, 직경이 3000nm를 초과할 경우 콘크리트 압축 강도는 양호하지만 침투성 방수제의 활성도가 떨어져 물 투과도 80% 초과로 높아지므로 수분 차단 성능이 낮아져 사용하기에 부적합할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 콘크리트의 압축 강도를 양호하게 유지하면서 물 투과도도 억제할 수 있는 최적의 DLS 직경을 갖는 액상 제설제를 제공할 수 있는 분산제의 종류 및 함량을 특정하였다.
본 발명의 일 실시예에서는 본 발명의 분산제를 사용한 액상 제설제의 제타전위 평균값이 -317.11mV로 매우 안정적인 수치를 가져 액상 제설제 조성물의 분산이 잘 되어있다는 것을 확인하였으며, 이를 도포한 후의 콘크리트의 압축강도가 양호하고 물투과도가 낮은 것을 확인하였다.
본 발명에 따른 친환경 액상 제설제는 또한 추가의 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 추가의 첨가제는 부식 방지 및 혼화제 역할을 할 수 있는 성분이면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 아질산 나트륨(NaNO2), 아질산 칼슘(Ca(NO2)2), 아질산 칼륨(KNO2) 등을 사용하는 것이 바람직하며, 아질산 나트륨이 특히 바람직하다.
상기 추가의 첨가제는 전체 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 5중량% 포함될 수 있다.
본 발명의 액상 제설제는 용매에 염화물계 물질, 부식 방지제, 추가의 첨가제, 혼화제, 침투성 방수제 및 분산제를 용해시킨 후, 100 내지 1000rpm, 바람직하게는 400 내지 600rpm으로 교반하여 제조할 수 있다.
상기 교반은 1 내지 48시간 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 12내지 36시간동안 수행될 수 있다.
본 발명에서 제조된 상기 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제는 콘크리트의 동결융해에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제설제의 콘크리트 동결융해는 염화나트륨 대비 평균 1.21%로 매우 적게 일어나며 상기 제설제와 결합된 콘크리트는 뛰어난 동결융해 저항성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제는 강재의 부식을 방지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제설제의 강재 부식도는 부식성이 매우 높은 염화물계 물질을 주로 사용하며 혼화제 및 침투성 방수제 등 여러 물질을 포함하고 있음에도 불구하고 염화나트륨 대비 평균 6.63%로 매우 낮은 강재 부식도를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제는 각각의 성분을 최적의 조성비로 포함함으로써, 우수한 융빙 성능을 나타내고 강재 및 콘크리트의 부식 및 파손을 방지하여 내구수명을 개선하며 물성을 향상시키고 유동성 및 분산성이 우수하여 살포 시 작업성이 좋다는 장점이 있다.
실시예
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위하여 일부 실험방법과 조성을 나타낸 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.
제조예: 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제 제조
아래의 표 1에 기재된 비율에 따라 용매, 염화물계 물질, 부식 방지제, 추가의 첨가제, 혼화제, 방수제 및 분산제를 혼합한 다음 500rpm으로 24시간 동안 교반하여 친환경 액상 제설제를 제조하였다.
구체적으로, 용매로 탈이온수, 융빙제로 염화칼슘(CaCl2 · 2H20), 부식 방지제로 글루콘산나트륨, 추가의 첨가제로 아질산 나트륨, 혼화제로 메틸메타아크릴레이트, 침투성 방수제로 옥틸트리에톡시실란 및 폴리메틸하이드로실록산을 사용하였으며, 분산제는 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글라이콜, 글리세린, 이소프로필알코올, 에틸렌글라이콜 및 프로필렌글라이콜 중에서 선택하였다.
※ DI: 탈이온수; SG: sodium gluconate; SN: sodium nitrite; MMA: methyl methacrylate; OS: octyltriethoxysilane; PMHS: poly(methylhydrosiloxane); PVA: polyvinylalcohol; PEG: polyethylene glycol; IPA: iso-propylalcohol; EG: ethylene glycol; PG: propylene glycol;
※ 상기 표에서 단위는 중량%
실험예 1: DLS 직경에 따른 물성 변화 및 최적의 DLS 직경 결정
실시예 및 비교예에 따라 제조된 제설제 조성물의 DLS직경, 제타전위, 물투과도 및 압축강도를 측정하기 위한 실험을 수행하였다.
제설제 샘플의 DLS 직경 및 제타전위를 입도분포·제타전위·분자량 측정기 (한국오츠카전자주식회사, ELSZ-2000ZS)를 이용해 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
물 투과도 실험은 KS F 4930:2012에 기재된 방법을 참고하여 침투성 방수제의 활성도를 측정하였으며, 콘크리트 시험편은 EM502-2에 기재된 시험편 기준에 따라 양생하여 양생 후 7일 기준 15MPa 수준의 압축 강도를 갖는 시험편을 제조하였다.
물 투과도 시험 이후 시험편을 23℃, 상대습도 50% 조건에서 24시간 동안 완전 건조한 후, KS F 2405:2010에 기재된 방법에 따라 압축 강도를 측정하였다.
측정 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
| 구분 | 제타전위(mV) | DLS 직경(nm) | 비처리 샘플 대비 물투과도(%) | 압축강도(MPa) |
| 실시예 1 | -511.72 | 2147.6 | 68 | 19.2 |
| 실시예 2 | -368.98 | 1790.8 | 63 | 18.7 |
| 실시예 3 | -374.45 | 1652 | 65 | 18.5 |
| 실시예 4 | -400.31 | 2187.5 | 71 | 20.3 |
| 실시예 5 | -279.75 | 1851.5 | 65 | 20 |
| 실시예 6 | -358.27 | 2053.6 | 69 | 19.4 |
| 실시예 7 | -66.18 | 1670.4 | 67 | 21.7 |
| 실시예 8 | -234.14 | 1752.3 | 71 | 18.7 |
| 실시예 9 | -260.15 | 2014.1 | 70 | 19.5 |
| 비교예 1 | -371.08 | 7014.7 | 87 | 19.1 |
| 비교예 2 | -284.51 | 8129.6 | 82 | 18.9 |
| 비교예 3 | -267.92 | 4771.9 | 80 | 20.1 |
| 비교예 4 | -44.83 | 20377.6 | 81 | 17.8 |
| 비교예 5 | -466.74 | 23522.3 | 90 | 18.7 |
| 비교예 6 | -274.53 | 4517.2 | 83 | 19.5 |
| 비교예 7 | -411.5 | 897.5 | 61 | 15.7 |
| 비교예 8 | -299.47 | 413.7 | 59 | 16.6 |
| 비교예 9 | -274.51 | 394.5 | 65 | 17 |
실시예 1 내지 9의 제타전위 평균값은 -317.11mV로 비교예 1 내지 9의 제타전위 평균값인 -299.45mV보다 더 안정적인 수치를 보였다. 또한, 실시예 및 비교예의 모든 제타전위가 -40mV보다 낮은 매우 안정적인 수치를 나타내어 분산이 잘 이루어지더라도 다른 물성들에 있어서는 차이가 발생한다는 것을 확인하였다.
분산제로 PVA, PEG 및 글리세린을 포함하는 실시예 1 내지 9의 제설제는 DLS 직경이 1,500 내지 2,500nm 수준으로 나타났으며, 상기 범위의 DLS 직경을 가질 때 물투과도가 71% 이하이고 압축강도가 18MPa 이상인 특성을 나타내었다.
반면, 분산제로 PVA, PEG 및 글리세린 중 하나의 성분만을 사용한 비교예 1, 3 및 6의 경우 DLS 직경이 4000nm 이상으로 크게 증가하였으며, 이에 따라 물 투과도가 80% 이상으로 과도하게 증가한다는 것을 알 수 있다.
또한, PVA, PEG 및 글리세린을 모두 포함하지만 총 함량이 총 조성물 중량 대비 1.5중량%로 과도하게 함유된 비교예 7 내지 9는 DLS 직경이 1,000nm 미만으로 너무 낮은 값을 가져, 물 투과도는 낮지만 콘크리트 내에서 방수코팅막이 과도하게 빠르게 형성되어 혼화제 침투가 어려워 압축 강도가 17MPa 이하로 낮은 수치를 나타내었다.
한편, 분산제로서 이소프로필알콜, 에틸렌글라이콜 및 프로필렌글라이콜을 사용한 비교예 2, 4 및 5는 DLS 직경이 4500 내지 24000nm의 매우 높은 수치를 나타내었으며, 이에 따라 물 투과도가 과도하게 높은 값을 나타내었다.
즉, 본 발명에 따른 액상 제설제는 PVA, PEG 및 글리세린을 특정 비율로 함유함으로써 콘크리트용 혼화제 및 침투성 방수제를 포함하면서도 분산이 잘 이루어지고, 1,000 내지 3,000nm의 DLS 직경을 갖는 제설제를 제공할 수 있으며, 상기 DLS 직경 범위를 갖는 제설제를 사용하였을 때 콘크리트가 18MPa 이상의 우수한 압축강도와 71% 이하의 낮은 물 투과도를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 이는 분산제의 함량 범위를 다르게 하거나 이소프로필알콜, 에틸렌글라이콜, 프로필렌글라이콜 등의 다른 종류의 분산제를 사용할 경우 얻어질 수 없는 특성이다.
실험예 2: 콘크리트 동결융해 영향 측정
실시예에 따라 제조된 제설제가 콘크리트의 동결융해성에 미치는 영향을 비교하기 위한 실험을 수행하였다.
콘크리트 동결융해도 측정 시험은 EM502-2:2014에 기재된 방법을 참고하여 제설제가 콘크리트 동결융해에 미치는 영향을 측정하였으며, 실험 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 구분 | 염화 나트륨 대비 콘크리트 동결융해(%) |
| 실시예 1 | -2.4 |
| 실시예 2 | -1.7 |
| 실시예 3 | -0.3 |
| 실시예 4 | 1.2 |
| 실시예 5 | -0.7 |
| 실시예 6 | 0.2 |
| 실시예 7 | -3.5 |
| 실시예 8 | -2.6 |
| 실시예 9 | -1.1 |
실험 결과에 따르면, 염화 나트륨 대비 콘크리트 동결융해로 인한 상대 손실률은 절대값 4% 미만의 매우 낮은 값을 보여 실시예 1 내지 9는 동결융해에 대한 높은 저항성을 갖는다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 콘크리트 공극에 침투한 침투성 방수제가 콘크리트와 화학적으로 결합하여 물에 대한 방수성을 가져 동결융해에 대한 저항성을 갖는다고 판단할 수 있다.
실험예 3: 강재 부식성 측정
실시예에 따라 제조된 제설제의 강재에 대한 부식성을 측정하기 위한 실험을 수행하였다.
제설제가 강재 부식에 미치는 영향에 대한 시험은 EM502-1:2014에 기재된 방법을 참고하여 염화나트륨 대비 강재 부식도를 측정하였으며, 실험 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 구분 | 염화 나트륨 대비 강재 부식도(%) |
| 실시예 1 | 7.2 |
| 실시예 2 | 4.3 |
| 실시예 3 | 5.7 |
| 실시예 4 | 9.4 |
| 실시예 5 | 5.4 |
| 실시예 6 | 6.1 |
| 실시예 7 | 7.7 |
| 실시예 8 | 8.4 |
| 실시예 9 | 5.5 |
실시예 1 내지 9는 일반적인 제설제로 사용되는 염화나트륨보다 철에 대한 부식성이 10% 미만으로 측정되었다. 상기 실시예에 따라 제조된 제설제는 부식성이 매우 높은 염화물계 물질을 주로 사용하며 혼화제나 침투성 방수제 등과 같은 물질이 포함되었음에도 뛰어난 부식 방지 효과를 나타낸다는 것을 확인하였다.
Claims (6)
- 염화물계 물질, 침투성 방수제 및 분산제를 포함하고,
상기 분산제가 보호 콜로이드 및 계면활성제를 1:1 내지 1:10의 중량비로 포함하는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
- 제 1 항에 있어서,
상기 침투성 방수제가 실란, 규산염, 실리코네이트 및 실록산 중에서 선택되는 1종 이상인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
- 제 1 항에 있어서,
상기 계면활성제가 수중유형(O/W) 및 유중수형(W/O) 중 하나 이상의 계면활성제를 포함하는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
- 제 1 항에 있어서,
상기 보호 콜로이드가 폴리비닐알콜, 아라비아검, 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 카르복시메틸 셀룰로오스로 구성된 군에서 선택되는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
- 제 1 항에 있어서,
글루콘산염, 오르쏘인산염, 폴리인산염 및 규산염에서 선택되는 1종 이상의 부식방지제를 더 포함하는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
- 제 1 항에 있어서,
메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트 및 폴리카보네이트 중에서 선택되는 1종 이상의 혼화제를 더 포함하는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
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