WO2023132449A1 - 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제 - Google Patents

콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제 Download PDF

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WO2023132449A1
WO2023132449A1 PCT/KR2022/016925 KR2022016925W WO2023132449A1 WO 2023132449 A1 WO2023132449 A1 WO 2023132449A1 KR 2022016925 W KR2022016925 W KR 2022016925W WO 2023132449 A1 WO2023132449 A1 WO 2023132449A1
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concrete
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suppressed
chloride
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양승찬
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주식회사 스타스테크
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/18—Materials not provided for elsewhere for application to surfaces to minimize adherence of ice, mist or water thereto; Thawing or antifreeze materials for application to surfaces
    • C09K3/185—Thawing materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Definitions

  • the present invention relates to an eco-friendly liquid snow removal agent in which concrete damage is suppressed, and more particularly, by adding a penetrating waterproofing agent and a dispersant to a chloride-based liquid snow removal agent to freeze and thaw concrete while maintaining compressive strength and suppressing moisture permeability of concrete. It relates to an eco-friendly liquid snow remover that improves resistance.
  • Chloride-based snow removers include calcium chloride (CaCl 2 ) and sodium chloride (NaCl) as main components. Chloride-based snow removers perform ice melting through a rapid dissolution reaction and exothermic reaction by deliquescence, and this melting function is maintained by lowering the freezing point due to ions. Chloride-based deicing agent has excellent ice melting performance and low price, so it occupies about 90% of the deicing agent market.
  • chloride-based deicing agents commonly contain a large amount of chlorine ions (Cl - ), and thus have the property of corroding iron under vehicles or bridges, yellowing plants, and deteriorating concrete.
  • the snow removal solution dissolved together with snow penetrates into the pores of the concrete, repeating freezing and thawing and accelerating concrete damage.
  • eco-friendly snow removers that prevent damage to iron and concrete and have less impact on plants are encouraged, but eco-friendly snow removers are generally more expensive and have lower performance than conventional chloride-based snow removers.
  • non-chloride-based snow removers among eco-friendly snow removers require acetate-based materials, so the price is very high, and the ice melting performance is very low at half the level of chloride-based snow removers.
  • the most popularly used eco-friendly snow removal agent is a solid chloride-based snow removal agent mixed with a corrosion inhibitor.
  • Solid eco-friendly snow removers have the effect of preventing corrosion on iron by corrosion inhibitors, but their usability deteriorates due to solidification during long-term storage. There are downsides.
  • the solution generated after snow removal penetrates into the pores of the concrete and the problem of deterioration of the concrete has a limitation that it is difficult to solve.
  • Korean Patent Registration No. 10-2141869 discloses a solid snow removal composition having strong persistence by collecting sodium chloride and calcium chloride in a carrier.
  • the above document provides a relatively eco-friendly snow removal composition by reducing the amount of snow removal by increasing the durability of the snow removal agent, but it is difficult to respond immediately to heavy snow compared to liquid snow removal agents and does not prevent corrosion of road facilities such as concrete or steel structures. It has the fatal flaw of not being able to.
  • the liquid eco-friendly snow remover is a form of dissolving chloride and corrosion inhibitor in water, and can be used immediately where immediate snow removal is required due to its high specific heat.
  • the liquid eco-friendly snow remover since it can be stored in a dedicated tank, it does not require a separate snow removal warehouse and has little effect on temperature and humidity, making it easy to manage.
  • Korean Patent Publication No. 10-2004-0065667 discloses a low-corrosive eco-friendly liquid snow removal composition that does not use a chloride-based material. Since chloride-based materials are not used, acetate-based materials are used as ice melting agents, but acetate-based materials are expensive compared to chloride-based materials and have very poor melting performance, making it difficult to commercialize them.
  • the eco-friendly liquid snow removal agent in which the corrosion inhibitor is dissolved also prevents corrosion of iron, but has limitations in that it does not solve the problem of snow and snow removal solution penetrating into the pores of concrete and deteriorating the concrete.
  • An object of the present invention is to provide an eco-friendly liquid snow removal agent in which concrete damage is suppressed.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing the eco-friendly liquid snow removal agent.
  • the present invention provides an eco-friendly liquid snow removal agent containing a chloride-based material, a penetrating waterproofing agent and a dispersant, in which concrete damage is suppressed.
  • the chloride-based material may be at least one selected from calcium chloride (CaCl 2 ), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), and magnesium chloride (MgCl 2 ).
  • the permeable waterproofing agent may be at least one selected from silane, silicate, siliconate and siloxane.
  • the dispersant may include a protective colloid and one or more surfactants selected from oil-in-water (O/W) and water-in-oil (W/O).
  • the weight ratio of the protective colloid and the surfactant may be 1:1 to 1:10.
  • the protective colloid may be selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, gum arabic, hydroxyethyl cellulose and carboxy methyl cellulose.
  • the content of the protective colloid may be 0.0001 to 5% by weight based on the total weight of the composition.
  • the content of the surfactant may be 0.001 to 10% by weight based on the total weight of the composition.
  • the weight ratio of the oil-in-water and water-in-oil surfactants may be 10:1 to 1:10.
  • the snow removal agent may further include at least one corrosion inhibitor selected from gluconate, orthophosphate, polyphosphate and silicate.
  • the snow removal agent may further include one or more admixtures selected from methyl methacrylate, ethyl methacrylate and polycarbonate.
  • the DLS diameter of the snow remover may be 1,000 to 3,000 nm.
  • the eco-friendly liquid snow removal agent in which concrete damage is suppressed according to the present invention includes a chloride-based material permeable waterproofing agent and a dispersant, so that when the snow removal agent is sprayed on the road, moisture penetrates into the concrete while maintaining physical properties such as compressive strength of the concrete itself. Deterioration of concrete due to freezing and thawing can be effectively prevented by forming a coating film capable of blocking it. Therefore, the eco-friendly liquid snow removal agent of the present invention can be usefully used for snow removal purposes such as bridges, ramps, highways, etc., where fast initial ice melting performance is required and damage to asphalt roads causes fatal damage.
  • the present invention relates to an eco-friendly liquid snow removal agent that inhibits concrete damage.
  • Deicing agents are divided into chloride and non-chloride types according to the constituent materials, and are classified into solid and liquid types according to the form.
  • Chloride-based deicing agents use chloride-based substances containing chlorine ions, such as calcium chloride and sodium chloride. Chloride-based snow removal agents have deliquescent properties and cause a rapid dissolution reaction, and melt snow using the heat generated through the dissolution reaction. In addition, as the snow remover melts the snow, a freezing point depression occurs due to ionized ions, so that the snow remains melted.
  • the liquid snow remover When divided according to the form, the liquid snow remover is easier to store for a long period of time than the solid snow remover, and the issue of solidification is significantly less. Furthermore, it is easy to use compared to solid materials, and shows excellent aspects in terms of economic efficiency, such as reducing the preparation time and reducing the number of workers and maintenance costs.
  • the liquid snow remover has a fatal disadvantage that when it is sprayed on the road, it can penetrate into the concrete voids together with the melted snow or the liquid snow remover itself, and the moisture that has penetrated can deteriorate the concrete.
  • the present invention provides an eco-friendly liquid snow removal agent that prevents concrete damage, including a chloride-based material, a penetrating waterproofing agent and a dispersing agent.
  • the eco-friendly liquid snow removal agent of the present invention is intended to obtain the effect of improving the durability of concrete without deteriorating the concrete even when the snow removal agent is used in the concrete by grafting the permeable waterproofing agent, admixture, etc. used in the existing concrete to the snow removal agent.
  • the liquid snow removal agent of the present invention can be prepared by dissolving the snow removal agent component including a chloride-based material, a permeable waterproofing agent, a dispersing agent and additional components in a solvent.
  • the solvent is not particularly limited as long as it is a material that can be prepared in liquid form by dissolving the snow remover component, but polar solvents such as water, acetone, chloroform, and ethanol can be used, and the most stable because it does not smell and does not cause an addition reaction It is preferred to use deionized water.
  • the amount of the solvent may be 50 to 90% by weight, preferably 60 to 80% by weight, based on the total weight of the composition.
  • the snow removal agent of the present invention uses a chloride-based material as an ice melting agent.
  • the chloride-based material may be used among chloride-based materials having deliquescent properties, and preferably, one or more of calcium chloride (CaCl 2 ), sodium chloride (NaCl), potassium chloride (KCl), and magnesium chloride (MgCl 2 ) may be used.
  • calcium chloride which has excellent deliquescent properties and has the greatest freezing point depression, is most preferred.
  • the chloride-based material may be included in an amount of 10 to 70% by weight, preferably 15 to 40% by weight, and more preferably 25 to 35% by weight, based on the total weight of the total composition.
  • the chloride is contained in a small amount, the performance as a melting agent is insufficient, and when it is excessively contained, the density is increased and dispersion is difficult.
  • An ice melting agent using such a chloride-based material contains a large amount of chlorine ions. Contained chlorine ions react with iron to form iron chloride to corrode iron structures.
  • a corrosion inhibitor was added to the snow removal composition to suppress corrosion.
  • gluconate As the corrosion inhibitor, gluconate, orthophosphate, polyphosphate, silicate, and the like may be used. In the present invention, it is preferable to use gluconate, and it is most preferable to use sodium gluconate, which is non-toxic and easily biodegradable.
  • the corrosion inhibitor is preferably included in an amount of 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.5 to 2% by weight, based on the total weight of the total composition. If the corrosion inhibitor is excessively contained, insoluble matter may be generated due to excessive complex salt formation, and if it is contained too little, it is difficult to prevent corrosion of iron by chlorine ions.
  • admixtures are additives used to improve the performance of concrete before or after hardening and to impart specific performance.
  • the present invention by including the admixture used in concrete in the snow removal composition, it is possible to improve the properties such as compressive strength of concrete when the snow removal agent is used in concrete structures such as roads.
  • the admixture may be a polycarboxylic acid admixture using acrylic acid as a base in order to improve the compressive strength of concrete.
  • acrylic acid for example, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, polycarbonate, etc. may be used, and methyl methacrylate is preferably used.
  • the admixture may be included in 0.01 to 5% by weight based on the total weight of the total composition, preferably 0.03 to 0.2% by weight, more preferably 0.05 to 0.15% by weight. If the admixture is included in less than 0.01% by weight, the effect of improving durability, such as freeze-thaw resistance and bonding induction effect between mixtures, may be weak, and if it is included in more than 5% by weight, the strength enhancement rate decreases as the addition ratio of the admixture increases As a result, the durability improvement effect is weakened, so economic feasibility may decrease and snow removal performance may be affected.
  • liquid snow removal agent containing the admixture can improve the compressive strength of concrete by up to 44.7%.
  • the eco-friendly liquid snow remover of the present invention also includes a penetrating sealer.
  • a penetrating sealer When the dissolved chloride water generated by the use of the deicing agent penetrates into the pores of the concrete, freezing and thawing is repeated due to the heat of dissolution and lowering of the freezing point generated by the deliquescence of the chloride-based material. Specifically, when the moisture penetrating into the concrete freezes, the surface layer of the concrete is destroyed due to the expansion pressure generated as the volume increases, and the melting phenomenon is repeated again due to the deicing agent penetrating with the moisture, and crack generation is promoted.
  • the permeable waterproofing agent in the snow removal agent composition by including the permeable waterproofing agent in the snow removal agent composition, a film that prevents moisture from penetrating the concrete when the snow removal agent is used is formed.
  • the silicon component of the penetrating waterproofing agent reacts with the calcium component of the concrete to form a calcium-silicate-hydrate (C-S-H) bond.
  • This C-S-H bond forms a coating film that blocks moisture penetrating into the concrete surface. Therefore, moisture, which is a cause of concrete deterioration, cannot penetrate, thereby minimizing freeze-thaw damage and prolonging the life of concrete.
  • the concrete treated with the deicing agent containing the permeable waterproofing agent exhibited a water permeability of 71% or less compared to the non-treated sample.
  • a silicone-based waterproofing agent capable of chemically bonding with concrete in a wet environment may be used.
  • at least one waterproofing agent selected from silane, silicate, siliconate, and siloxane, and octyltriethoxysilane, octamethylcyclotetrasiloxane, It is more preferred to use one of polymethylhydrosilane and mixtures thereof.
  • silane and siloxane may be mixed and used.
  • the silane and the siloxane may be mixed in a weight ratio of 1:1 to 10:1, preferably in a weight ratio of 2:1 to 6:1.
  • the total content of the penetrating waterproofing agent may be 0.05% by weight or more, for example, 0.1 to 3% by weight, preferably 0.15 to 1% by weight, more preferably 0.2 to 0.5% by weight, based on the total weight of the total composition. there is.
  • the eco-friendly liquid snow removal agent of the present invention induces smooth dispersion of the admixture and penetration prevention agent used in the existing concrete field by including a dispersant to solve the problem of poor dispersion in the process of applying the admixture and penetration prevention agent to the snow removal agent. and to secure the ease of spraying through uniform mixing.
  • the dispersant may be used in an amount of 10 parts by weight or less, preferably 0.001 to 10 parts by weight, more preferably 0.005 to 5 parts by weight, and even more preferably 0.01 to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the penetrating waterproofing agent. .
  • the content of the dispersant compared to the permeable waterproofing agent is higher than the above range, the water blocking performance of the penetrating preventing agent may be hindered, and even if the water blocking performance is improved to adjust the components of the dispersant, the compressive strength of concrete may deteriorate. .
  • the dispersant is used in a small amount as in the above range, the effect of the permeable waterproofing agent is properly exerted by the dispersant and the effect of other additives such as admixtures is not hindered, so that the concrete after applying the liquid snow remover shows excellent compressive strength and moisture resistance. can be effectively blocked.
  • the total content of the dispersant may be 0.0002 to 10% by weight, preferably 0.001 to 1% by weight, more preferably 0.002 to 0.02% by weight based on the total weight of the total composition.
  • dispersant materials exhibiting protective colloidal and surfactant properties may be used.
  • hydrophilic colloid When a hydrophilic colloid is added to a hydrophobic colloid, the hydrophilic colloid surrounds the hydrophobic colloid and becomes stable, so even when an electrolyte is applied, it does not coagulate and mixes well.
  • the hydrophilic colloid at this time is called a protective colloid.
  • polyvinyl alcohol As the protective colloid, polyvinyl alcohol, gum arabic, hydroxyethyl cellulose, carboxy methyl cellulose, etc. may be used, and polyvinyl alcohol is preferred.
  • the protective colloid may be included in an amount of 0.0001 to 5% by weight, preferably 0.0004 to 0.3% by weight, and more preferably 0.0007 to 0.01% by weight, based on the total weight of the total composition.
  • the compressive strength of the concrete to which the liquid deicing agent is applied can be adjusted so that moisture penetration is effectively improved while the compressive strength is high.
  • the dispersant is preferably used in a weight ratio of 1:1 to 1:10, preferably 1:1.5 to 1:5, between the protective colloid and the surfactant.
  • At least one of oil-in-water (O/W) and water-in-oil (W/O) surfactants is preferable to use at least one of oil-in-water (O/W) and water-in-oil (W/O) surfactants as the surfactant.
  • Oil-in-water surfactants disperse oil in the form of particles in water, and water-in-oil surfactants do the opposite.
  • the oil-in-water surfactant may use glycerin, isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc., which exhibit oil-in-water emulsifying properties capable of dispersing oil in water, and glycerin is most preferable.
  • glycerin isopropyl alcohol, ethylene glycol, etc.
  • the freeze-thaw resistance of concrete can be improved.
  • the oil-in-water surfactant may be included in an amount of 0.0005 to 5% by weight, preferably 0.00075 to 0.5% by weight, and more preferably 0.001 to 0.005% by weight based on the total weight of the total composition.
  • water-in-oil type surfactant polyethylene glycol, propylene glycol, etc., which exhibit water-in-oil emulsification characteristics capable of dispersing oil in water, may be used, and polyethylene glycol is preferable.
  • the water-in-oil type surfactant may be included in an amount of 0.0005 to 5% by weight, preferably 0.00075 to 0.5% by weight, and more preferably 0.001 to 0.005% by weight based on the total weight of the total composition.
  • both oil-in-water and water-in-oil surfactants may be used.
  • glycerin and polyethylene glycol may be used as the oil-in-water and water-in-oil surfactants.
  • the weight ratio of the oil-in-water and water-in-oil surfactants may be 10:1 to 1:10, preferably 2:1 to 1:2.
  • the total content of the surfactant may be 0.001 to 10% by weight, preferably 0.0015 to 1% by weight, more preferably 0.002 to 0.01% by weight based on the total weight of the total composition.
  • the present invention includes and optimizes the dispersant as described above, when the penetration inhibitor or admixture used in concrete is applied to the liquid snow removal agent, dispersion is difficult and the effect of the penetration prevention agent or admixture is well displayed in the snow removal agent even if dispersibility is secured. It is possible to improve both the compressive strength and moisture barrier performance of concrete by overcoming the limitation that it does not work.
  • the average value of the zeta potential of the liquid snow remover using the dispersant of the present invention has a very stable value of -317.11mV, confirming that the liquid snow remover composition is well dispersed, and the concrete after application thereof It was confirmed that the compressive strength was excellent and the water permeability was low.
  • the liquid snow removal agent of the present invention is characterized in that the DLS diameter analyzed by dynamic light scattering (DLS) measurement is 1,000 to 3,000 nm, particularly 1,500 to 2,500 nm.
  • DLS dynamic light scattering
  • the liquid snow remover of the present invention can achieve a water permeability of 80% or less, particularly 75% or less, while the compressive strength of concrete is as high as 15 MPa or more, particularly 17 MPa or more, preferably 18 MPa or more, at the DLS diameter within the above range. there is. If the DLS diameter is less than 1,000 nm, the water permeability is further reduced and moisture can be easily blocked, but the surface waterproof film is quickly formed and it is difficult to penetrate the admixture, so the effect of improving the compressive strength of concrete is insufficient, and the compressive strength is lowered to 17 MPa or less. .
  • the concrete compressive strength is good, but the activity of the penetrating waterproofing agent is reduced and the water permeability is increased to 80% or more, so the water barrier performance is lowered and may be unsuitable for use.
  • the DLS diameter of the liquid snow remover affects the compressive strength and moisture barrier performance of concrete to which the liquid snow remover is applied, and that the compressive strength and moisture barrier performance can be simultaneously implemented within a specific range.
  • the optimal DLS diameter capable of suppressing water permeability while maintaining good compressive strength of concrete was specified as 1,000 to 3,000 nm.
  • the eco-friendly liquid snow remover according to the present invention may also include additional additives.
  • the additional additive is not particularly limited as long as it is a component capable of preventing corrosion and acting as an admixture.
  • the additional additive may be included in an amount of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the total composition.
  • the liquid snow removal agent of the present invention may be prepared by dissolving a chloride-based material, a corrosion inhibitor, an additional additive, an admixture, a permeable waterproofing agent, and a dispersing agent in a solvent, followed by stirring at 100 to 1,000 rpm, preferably 400 to 600 rpm.
  • the stirring may be performed for 1 to 48 hours, preferably for 12 to 36 hours.
  • the eco-friendly liquid snow removal agent in which the concrete damage is suppressed prepared in the present invention can improve the resistance to freezing and thawing of concrete. It can be seen that the freezing and thawing of concrete in the snow removal agent according to an embodiment of the present invention occurs very little, with an average of 1.21% compared to sodium chloride, and the concrete combined with the snow removal agent has excellent freeze-thaw resistance.
  • the eco-friendly liquid snow removal agent in which the concrete damage is suppressed can prevent corrosion of steel.
  • the steel corrosion rate of the snow remover according to an embodiment of the present invention has a very low steel corrosion rate of 6.63% on average compared to sodium chloride, despite mainly using chloride-based substances with very high corrosiveness and containing various materials such as admixtures and permeable waterproofing agents. can confirm that
  • the eco-friendly liquid snow remover with concrete damage suppressed according to the present invention contains each component in an optimal composition ratio, thereby exhibiting excellent ice melting performance and preventing corrosion and damage of steel and concrete to improve durability and improve physical properties. It has the advantage of good workability during spraying due to excellent flowability and dispersibility.
  • deionized water as a solvent
  • calcium chloride (CaCl 2 2H 2 0) as a melting agent
  • sodium gluconate as a corrosion inhibitor
  • sodium nitrite as an additional additive
  • methyl methacrylate as an admixture
  • octyltriethoxysilane as a permeable waterproofing agent
  • Polymethylhydrosiloxane was used, and the dispersant was selected from among polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, glycerin, isopropyl alcohol, ethylene glycol and propylene glycol.
  • ⁇ DI deionized water
  • SG sodium gluconate
  • SN sodium nitrite
  • MMA methyl methacrylate
  • OS octyltriethoxysilane
  • PMHS poly(methylhydrosiloxane);
  • PVA polyvinylalcohol
  • PEG polyethylene glycol
  • IPA iso-propyl alcohol
  • EG ethylene glycol
  • PG propylene glycol
  • the DLS diameter and zeta potential of the snow remover sample were repeatedly measured three times using a particle size distribution, zeta potential, and molecular weight measuring instrument (Korea Otsuka Electronics Co., Ltd., ELSZ-2000ZS) to obtain an average value.
  • the activity of the permeable waterproofing agent was measured by referring to the method described in KS F 4930:2012, and the concrete specimen was cured according to the specimen standard described in EM502-2, and the specimen had a compressive strength of 15 MPa on the basis of 7 days after curing. was manufactured.
  • test piece was completely dried at 23 ° C. and 50% relative humidity for 24 hours, and then the compressive strength was measured according to the method described in KS F 2405: 2010.
  • the average zeta potential value of Examples 1 to 9 was -317.11 mV, which was more stable than the average zeta potential value of -299.45 mV of Comparative Examples 1 to 9.
  • the snow removal agents of Examples 1 to 9 containing both a protective colloid (PVA) and a surfactant (PEG and/or glycerin) as a dispersant showed a DLS diameter of 1,500 to 2,500 nm, and had a DLS diameter in the above range.
  • the water permeability was 71% or less and the compressive strength was 18 MPa or more.
  • Comparative Examples 7 to 9 which contain both protective colloid (PVA) and surfactants (PEG and glycerin), but contain an excessive amount of 1.1% by weight or more based on the total composition weight, have a DLS diameter of less than 1,000 nm, which is too low value, the water permeability is low, but the waterproof coating film is formed excessively quickly in the concrete, and it is difficult to penetrate the admixture, and the compressive strength is lower than 17 MPa.
  • PVA protective colloid
  • PEG and glycerin surfactants
  • Comparative Examples 2, 4, and 5 using isopropyl alcohol, ethylene glycol, and propylene glycol as dispersants showed very high DLS diameters of 8,000 to 24,000 nm, and in this case, the water permeability to compressive strength showed an excessively high value.
  • the liquid snow removal agent according to the present invention contains a specific dispersing agent in a specific ratio, thereby providing a snow removal agent having a DLS diameter of 1,000 to 3,000 nm, including a concrete admixture and a penetrating waterproofing agent, and well-dispersed.
  • a specific dispersing agent in a specific ratio, thereby providing a snow removal agent having a DLS diameter of 1,000 to 3,000 nm, including a concrete admixture and a penetrating waterproofing agent, and well-dispersed.
  • the concrete exhibits excellent compressive strength of 18 MPa or more and low water permeability of 71% or less. This is a characteristic that cannot be obtained when the content range of the dispersant is different or when other types of dispersants such as isopropyl alcohol, ethylene glycol, and propylene glycol are used.
  • Example 1 -2.4
  • Example 2 -1.7
  • Example 3 -0.3
  • Example 4 1.2
  • Example 5 -0.7
  • Example 6 0.2
  • Example 7 -3.5
  • Example 8 -2.6
  • Example 9 -1.1
  • Examples 1 to 9 showed a very low relative loss rate due to freezing and thawing of concrete compared to sodium chloride, an absolute value of less than 4%, and it was confirmed that they had high resistance to freezing and thawing. It can be judged that the permeable waterproofing agent penetrating into the pores of the concrete chemically combines with the concrete to have water resistance and resistance to freezing and thawing.
  • Example 1 7.2
  • Example 2 4.3
  • Example 3 5.7
  • Example 4 9.4
  • Example 5 5.4
  • Example 6 6.1
  • Example 7 7.7
  • Example 8 8.4
  • Example 9 5.5
  • Examples 1 to 9 were measured to be less than 10% corrosive to iron than sodium chloride used as a general snow removal agent. It was confirmed that the snow remover prepared according to the above embodiment mainly uses a chloride-based material having a very high corrosiveness, and exhibits an excellent anti-corrosion effect even though materials such as an admixture or a penetrating waterproofing agent are included.

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Abstract

본 발명은 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 염화물계 물질, 침투성 방수제 및 분산제를 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.

Description

콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제
본 발명은 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화물계 액상 제설제에 침투성 방수제 및 분산제를 첨가하여 콘크리트의 압축강도를 유지하면서 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 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 중량비는 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 중량비는 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 침투성 방수제 및 분산제를 포함함으로써, 제설제가 도로에 살포되었을 때, 콘크리트 자체의 압축강도 등의 물성을 유지하면서 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 제설제로는 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, 침투성 방수제 및 분산제를 포함하는 액상 제설제를 제공한다. 본 발명의 친환경 액상 제설제는 기존 콘크리트에 사용되는 침투성 방수제, 혼화제 등을 제설제에 접목시킴으로써 제설제가 콘크리트에 사용되더라도 콘크리트를 열화시키지 않고 오히려 콘크리트의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻고자 하였다.
본 발명의 액상 제설제는 염화물계 물질, 침투성 방수제, 분산제 및 추가 성분을 포함하는 제설제 성분을 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 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 방수제로는 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 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 실란 및 실록산을 1:1 내지 10:1의 중량비로 혼합할 수 있으며, 바람직하게는 2:1 내지 6:1의 중량비로 혼합할 수 있다.
상기 침투성 방수제의 총 함량은 전체 조성물 총 중량에 대하여 0.05중량% 이상, 예를 들어 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 방지제의 원활한 분산을 유도하고 균일한 혼합을 통한 살포 용이성을 확보하고자 하였다.
본 발명에서, 상기 분산제는 침투성 방수제 100중량부에 대하여 10중량부 이하, 바람직하게 0.001 내지 10중량부, 더 바람직하게 0.005 내지 5중량부, 보다 더 바람직하게 0.01 내지 3중량부의 양으로 사용될 수 있다.
침투성 방수제 대비 분산제의 함량이 상기 범위보다 높은 경우 침투성 방지제에 의한 수분 차단 성능을 방해할 수 있고, 분산제의 성분 조절을 위해 수분 차단 성능을 향상시킨다 하더라도 콘크리트의 압축 강도가 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 반면, 상기 범위와 같이 분산제를 소량으로 사용하는 경우 분산제에 의해 침투성 방수제의 효과가 제대로 발휘되면서 혼화제와 같은 다른 첨가제에 의한 효과를 방해하지 않아, 액상 제설제 적용 후 콘크리트가 우수한 압축 강도를 나타내면서 수분이 효과적으로 차단될 수 있다.
본 발명에서, 상기 분산제의 총 함량은 전체 조성물 총 중량에 대해서 0.0002 내지 10중량%, 바람직하게 0.001 내지 1 중량%, 더 바람직하게는 0.002 내지 0.02중량%일 수 있다.
상기 분산제로는 보호 콜로이드 및 계면활성제 특성을 보이는 물질을 사용할 수 있다.
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 콜로이드로는 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.
본 발명에서, 상기 보호 콜로이드와 계면활성제를 결합 사용함으로써 액상 제설제를 적용한 콘크리트의 압축강도가 높으면서 수분 침투가 효과적으로 향상되도록 조절할 수 있다.
상기 분산제는 보호 콜로이드 및 계면활성제의 비율을 1:1 내지 1:10, 바람직하게는 1:1.5 내지 1:5의 중량비로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 계면활성제로는 수중유형(O/W) 및 유중수형(W/O) 중 하나 이상의 계면활성제를 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 계면활성제의 사용에 따라, 콘크리트의 동결융해 저항성을 향상시킬 수 있다.
상기 수중유형 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 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 계면활성제로는 수중유형 및 유중수형 계면활성제가 모두 사용될 수 있다. 예를 들어 수중유형 및 유중수형 계면활성제로는 글리세린 및 폴리에틸렌글라이콜이 사용될 수 있다.
상기 수중유형 및 유중수형 계면활성제의 중량비는 10:1 내지 1:10일 수 있으며, 바람직하게는 2:1 내지 1:2일 수 있다.
본 발명에서, 상기 계면활성제의 총 함량은 전체 조성물 총 중량에 대해서 0.001 내지 10중량%, 바람직하게 0.0015 내지 1중량%, 더욱 바람직하게는 0.002 내지 0.01중량%일 수 있다.
본 발명은 상기와 같이 분산제를 포함하고 최적화함에 따라, 콘크리트에 사용되던 침투성 방지제나 혼화제를 액상 제설제에 적용하는 경우 분산이 어렵고 분산성을 확보하더라도 침투성 방지제나 혼화제의 효과가 제설제에서는 잘 발휘되지 않는다는 한계를 극복하여, 콘크리트의 압축강도 및 수분 차단 성능 향상을 모두 향상시킬 수 있다.
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 우수하면서 물투과도는 낮은 것을 확인하였다.
본 발명의 액상 제설제는 동적 광산란법(DLS) 측정으로 분석한 DLS 직경이 1,000 내지 3,000nm, 특히 1,500 내지 2,500nm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액상 제설제는 상기 범위 내의 DLS 직경에서 콘크리트의 압축강도가 15MPa 이상, 특히 17MPa 이상, 바람직하게 18MPa 이상으로 높으면서, 물투과도가 80% 이하, 특히 75% 이하로 낮은 수치를 달성할 수 있다. DLS 직경이 1,000nm 미만일 경우, 물 투과도가 더 감소하여 수분을 수월하게 차단할 수 있지만 표면 방수막이 빠르게 형성되어 혼화제 침투가 어려워지기 때문에 콘크리트 압축 강도 개선 효과가 미비하게 되어 압축강도가 17MPa 이하로 저하된다. 또한, 직경이 3,000nm를 초과할 경우 콘크리트 압축 강도는 양호하지만 침투성 방수제의 활성도가 떨어져 물 투과도가 80% 이상으로 높아지므로 수분 차단 성능이 낮아져 사용하기에 부적합할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 액상 제설제가 적용된 콘크리트의 압축 강도 및 수분 차단 성능에 액상 제설제의 DLS 직경이 영향을 미친다는 것을 확인하였으며, 특정 범위에서 압축 강도 및 수분 차단 성능을 동시에 구현할 수 있다는 것을 확인하였다. 또한, 콘크리트의 압축 강도를 양호하게 유지하면서 물 투과도도 억제할 수 있는 최적의 DLS 직경을 1,000 내지 3,000nm로 특정하였다.
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 1,000rpm, 바람직하게는 400 내지 600rpm으로 교반하여 제조할 수 있다.
상기 교반은 1 내지 48시간 동안 수행될 수 있으며, 바람직하게는 12 내지 36시간 동안 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.
Figure PCTKR2022016925-appb-img-000001
※ 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 DLS 직경, 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 보호 콜로이드(PVA) 및 계면활성제(PEG 및/또는 글리세린)를 모두 포함하는 실시예 1 내지 9의 제설제는 DLS 직경이 1,500 내지 2,500nm 수준으로 나타났으며, 상기 범위의 DLS 직경을 가질 때 물투과도가 71% 이하이면서 압축강도가 18MPa 이상인 특성을 나타내었다.
반면, 분산제로 보호 콜로이드(PVA) 및 계면활성제(PEG 또는 글리세린) 중 하나의 성분만을 사용한 비교예 1, 3 및 6의 경우 DLS 직경이 4,000nm 이상으로 크게 증가하였으며, 이 경우 압축강도의 향상은 가능하더라도 물 투과도가 80% 이상으로 과도하게 증가한다는 것을 알 수 있다.
또한, 보호 콜로이드(PVA) 및 계면활성제(PEG 및 글리세린)을 모두 포함하지만 총 함량이 총 조성물 중량 대비 1.1중량% 이상으로 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 8,000 내지 24,000nm의 매우 높은 수치를 나타내었으며, 이 경우 압축강도 대비 물 투과도가 과도하게 높은 값을 나타내었다.
즉, 본 발명에 따른 액상 제설제는 특정 분산제를 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, 실시예 1 내지 9는 염화 나트륨 대비 콘크리트 동결융해로 인한 상대 손실률은 절대값 4% 미만의 매우 낮은 값을 보여 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 염화나트륨 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 (12)

  1. 염화물계 물질, 침투성 방수제 및 분산제를 포함하는 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 염화물계 물질이 염화칼슘(CaCl2), 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl) 및 염화마그네슘(MgCl2)에서 선택되는 1종 이상인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 침투성 방수제가 실란, 규산염, 실리코네이트 및 실록산 중에서 선택되는 1종 이상인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분산제가 보호 콜로이드, 및 수중유형(O/W) 및 유중수형(W/O) 중 하나 이상의 계면활성제를 포함하는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호 콜로이드 및 계면활성제의 중량비가 1:1 내지 1:10인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호 콜로이드가 폴리비닐알콜, 아라비아검, 하이드록시에틸 셀룰로오스 및 카르복시 메틸 셀룰로오스로 구성된 군에서 선택되는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 보호 콜로이드의 함량이 전체 조성물 중량에 대하여 0.0001 내지 5중량%인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 계면활성제의 함량이 전체 조성물 중량에 대하여 0.001 내지 10중량%인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 수중유형 및 유중수형 계면활성제의 중량비가 10:1 내지 1:10인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  10. 제 1 항에 있어서,
    글루콘산염, 오르쏘인산염, 폴리인산염 및 규산염에서 선택되는 1종 이상의 부식방지제를 더 포함하는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  11. 제 1 항에 있어서,
    메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트 및 폴리카보네이트 중에서 선택되는 1종 이상의 혼화제를 더 포함하는, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제설제의 DLS 직경이 1,000 내지 3,000nm인, 콘크리트 파손이 억제된 친환경 액상 제설제.
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