KR100697408B1 - 개량된 제빙제 및 예비습윤제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제빙제 또는 고형질의 제빙제에 대해 사전코팅제로 사용하기 적합한 액체의 제빙제 조성물을 개시한다. 본 발명의 조성물은 당밀 고형체, 염화마그네슘 및 부식방지제를 포함하고, 구체적으로 본 발명에 따른 액체의 제빙제 조성물은 당밀 고형체, 염화마그네슘 및 부식방지제를 포함한다.

Description

개량된 제빙제 및 예비습윤제{Improved Deicer and Pre-Wetting Agent}

본 발명은 개량된 제빙제 조성물에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 향상된 내부식성을 가지며, 제빙제로서 사용하거나 고형질의 제빙제에 대한 예비습윤제로서 직접 사용하기에 적합한 당밀(唐蜜; molasses)을 함유하는 제빙제에 관한 것이다.

일반적으로 암염(염화나트륨)과 같은 고형질의 제빙제 및 모래와 같은 연마제는 동절기 도로나 그 밖의 표면에 사용된다. 이러한 고형질의 제빙제 및 연마제는 보통 보관 또는 사용전에 미리 습식상태가 되도록 하여 사용한다. 예비습윤에는 고형질의 제빙제 또는 연마제의 내빙성을 증가시키고, 저장성, 유동성 및 제빙능력을 향상시키기 위하여, 고형질의 제빙제 또는 연마제에 액체를 첨가하는 것이 관여되며, 염화나트륨, 염화칼슘 및 염화마그네슘 등의 소금물이 종종 이러한 목적으로 사용된다. 그러나 상기 염화물은 자동차, 보수장비 및 도로·철도 등의 사회기본 시설 등의 부식을 가속화시키는 경향이 있어, 부식을 억제할 수 있는 제빙제 조성물로서, 단독으로 사용되거나 고형질의 제빙제에 첨가되어 예비습윤제로서 사용될 수 있는 개량된 제빙제 조성물의 필요성이 대두된다.

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발명의 개요
본 발명은 제빙제 또는 고형질의 제빙제에 대해 사전코팅제(pre-coat)로 사용하기 적합한 액체의 제빙제 조성물에 관한 것으로, 보통 당밀 고형체(molasses solid), 염화마그네슘(magnesium chloride) 및 부식방지제(corrosion inhibitor)를 포함한다. 구체적으로 본 발명에 따른 액체의 제빙제 조성물은 1.0 내지 70%의 당밀 고형체, 0.1 내지 40%의 염화마그네슘 및 0 내지 30%의 부식방지제를 포함한다.

본 발명의 조성물에 대한 일례를 보면, 당밀 고형체를 45중량% 미만의 양으로 포함하고, 이러한 당밀 고형체는 수수 당밀(cane molasses), 감귤 당밀(citrus molasses), 목재 당밀(wood molasses), 곡물 당밀(grain molasses) 및 이들의 혼합물을 포함한다. 염화마그네슘은 30%의 염화마그네슘을 포함하는 액체 간수 (bittern)로부터 얻어질 수도 있고, 또 다른 일례로 20중량% 미만의 염화마그네슘을 포함하는 액체 간수로부터 얻어질 수도 있다. 적합한 부식방지제는 오르토포스페이트(orthophosphate), 폴리포스페이트(polyphosphate), 피로포스페이트 (pyrophosphate) 및 유기 포스포네이트(organic phosphonate)와 같은 인산염(phosphate salt)을 포함한다. 또한, 트리에탄올아민(triethanolamine)도 부식방지제로서 사용될 수 있다.

본 발명의 조성물은 상기에서 설명한 성분 이외에 염화나트륨, 염화칼슘, 요소, 아세테이트 염 및 이들의 혼합물과 같은 고형질의 제빙제를 더 포함할 수 있다. 바람직한 고형질의 제빙제는 염화나트륨과 염화마그네슘의 혼합물을 포함한다. 본 발명에 따른 액체의 조성물은 고형질의 제빙제 성능 및 적용성을 향상시키기 위한 사전처리(pre-treatment)로서 고형질의 제빙제에 분사되어 사용될 수 있다. 가장 바람직한 사용방법은 본 발명에 따른 액체의 조성물이 혼합 설비내에서 고체의 제빙제에 적용되는 것이고, 다른 방법으로는 제빙제 분산 트럭에서 직접 분배되는 것과 같이 분배되는 위치에서 고체 제빙제에 적용시킬 수 있다. 고형질의 제빙제를 포함하는 유용한 조성물은 건조 고체 기준으로 0.5 내지 13중량%의 염화마그네슘, 0.6 내지 1.5중량%의 모노소듐 포스페이트(monosodium phosphate); 1.0 내지 3.0중량%의 당밀 고형체; 및 82 내지 96중량%의 염화나트륨을 포함한다.

전술한 본 발명에 대한 개요는 본 발명에서 논의되는 각 구현예를 기술하려는 의도가 아니다. 이는 후술하는 상세한 설명의 목적이다.

상세한 설명
본 발명은 제빙제 또는 고형질의 제빙제에 대한 사전코팅제로 사용하기 적합한 액체의 제빙제 조성물에 관한 것으로, 보통 당밀 고형체, 염화마그네슘 및 부식방지제를 포함한다. 한 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 액체의 제빙제 조성물은 1.0 내지 70%의 당밀 고형체, 0.1 내지 40%의 염화마그네슘 및 0 내지 30%의 부식방지제를 포함한다.

여기서, "당밀 고형체"는 여러 가지 탄수화물(예 : 설탕) 및 단백질과 같은 당밀 성분을 의미하는 것으로, 수분은 포함되지 않는다. 본 발명에서 사용되는 통상의 상업적 수준의 당밀 조성물은 약 40 내지 95%의 당밀 고형체, 보다 바람직하게는 약 70 내지 85%의 당밀 고형체이며, 가장 바람직하게는 약 80%의 당밀 고형체이다. 적합한 당밀은 수수 당밀, 감귤 당밀, 목재 당밀, 곡물 당밀 및 이들의 혼합물을 포함한다.

염화마그네슘은 예를 들면 액체 간수로부터 얻어지고, 여기서 액체 간수는 암염(sea salt)으로부터 얻어지는 것으로 바닷물로부터 염화나트륨을 제거한 후 남는 액체이다. 액체 간수는 보통 물과 함께 고농도의 염화마그네슘과 저농도의 기타 염을 포함한다. 대부분의 경우, 액체 간수는 20 내지 35%의 염화마그네슘을 포함하지만, 20% 미만의 염화마그네슘을 포함할 수도 있다.

바람직한 부식방지제는 오르토포스페이트, 폴리포스페이트, 피로포스페이트 및 유기 포스포네이트와 같은 인산염을 포함한다. 또한 본 발명에서는 트리에탄올아민이 부식방지제로서 사용될 수 있다. 디암모늄 포스페이트(diammonium phosphate) 및 모노소듐 포스페이트는 부식 방지를 위하여 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있는 2개의 특별한 인산염이며, 칼슘 포스페이트(calcium phosphate) 또한 본 발명의 부식방지제로 사용되기에 적합하다.

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본 발명의 조성물은 상기에서 설명한 성분 이외에 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼슘, 요소, 아세테이트 염 및 이들의 혼합물과 같은 고형질의 제빙제를 더 포함할 수 있다. 상기의 경우 고형질의 제빙제는 보통, 당밀 고형체 또는 부식방지제보다 상당히 많은 양으로 사용되는데, 구체적으로 고형질의 제빙제 양이 당밀 고형체 양의 2배 초과이고, 보다 구체적으로는 고형질의 제빙제 양이 당밀 고형체 양의 10배 초과이다.

액체의 조성물은 고형질의 제빙제 성능 및 적용성을 향상시키기 위한 사전처리로서 고형질의 제빙제에 분사되어 사용될 수 있고, 제빙제를 함유하는 적합한 조성물은 하나 또는 그 이상의 인산염, 당밀 고형체, 염화마그네슘 및 염화나트륨을 포함한다. 구체적으로는 적어도 0.5중량%의 인산염, 적어도 0.5중량%의 당밀 고형체, 적어도 2.0중량%의 염화마그네슘 및 적어도 70중량%의 염화나트륨을 포함한다. 일례로서, 본 발명의 조성물은 0.5 내지 2.0중량%의 인산염, 0.5 내지 2.0중량%의 당밀 고형체, 2 내지 6중량%의 염화마그네슘 및 80 내지 97중량%의 염화나트륨을 포함한다. 이때, 상기에서 언급한 성분들의 함량은 그 외의 성분들에 대한 상대적인 값이며, 모래 또는 물과 같은 추가 성분이 첨가되는 경우라도 상기 성분의 상대적인 비율은 변하지 않는다.

제빙제로서 사용하는데 적합한 특정 조성물은 0.5중량% 초과의 염화마그네슘, 1.0중량% 초과의 당밀 고형체 및 80중량% 초과의 염화나트륨을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 조성물은 0.5 내지 13중량%의 염화마그네슘, 1.0 내지 3.0중량%의 당밀 고형체 및 85 내지 96중량%의 염화나트륨을 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 조성물은 0.5 내지 1.5중량%의 모노소듐 포스페이트를 포함하며, 다른 조성물은 2.0중량% 이하의 디암모늄 포스페이트를 포함한다.

본 발명의 조성물에 대한 다른 예를 보면, 0.5 내지 1.5중량%의 모노소듐 포스페이트; 1.5 내지 2.5중량%의 액체 간수; 1.5 내지 2.5중량%의 수수 당밀 고형체; 및 90 내지 96.5중량%의 염화나트륨을 포함한다. 이 조성물에 있어서, 액체 간수는 보통 약 30 내지 35% 가 염화마그네슘이다. 따라서, 상기 조성물은 약 0.5 내지 1.0%의 염화마그네슘을 포함한다. 본 발명의 조성물에 대한 또 다른 예를 보면, 0.5 내지 1.5중량%의 모노소듐 포스페이트; 0.5 내지 1.0중량%의 디암모늄 포스페이트; 1.5 내지 2.5중량%의 수수 당밀 고형체; 및 90 내지 96.5중량%의 염화나트륨을 포함한다. 아울러, 본 발명의 조성물의 또 다른 예는 0.5 내지 2.0중량%의 모노소듐 포스페이트; 1.5 내지 2.5중량%의 수수 당밀 고형체; 1.5 내지 2.5중량%의 염화물염(염화마그네슘 또는 염화칼슘과 같은); 및 90 내지 96.5중량%의 염화나트륨을 포함한다.

본 발명의 조성물이 예비습윤제로서 첨가되면, 보통 그들이 적용되는 고형질의 제빙제 또는 연마제의 빙점을 낮추고 부식을 억제한다. 따라서, 조성물 내의 고형질의 제빙제가 얼거나 경화되는 커다란 덩어리가 되는 현상을 감소시키는 역할을 한다. 이러한 본 발명의 조성에 따른 성능을 테스트하기 위하여 약 2%의 수분을 함유하는 암염을 -4℉에서 24시간 동안 방치하여 유동성을 측정하였다. 그 결과, 예비습윤제를 사용하지 않은 암염이 고체상태로 얼어버린 반면에 50%의 수수 당밀(약 80% 당밀 고형체) 및 50% 액체 염화마그네슘을 포함하는 4.3중량%의 예비습윤제를 포함하는 암염 시료는 유동성이 유지되었다.

또한 본 발명의 조성에 따른 조성물의 향상된 성질을 증명하기 위하여 수수 당밀의 양을 변화시켜 혼합하였을 때, 천일염 (액체 간수)으로부터 얻어진 액체 염화마그네슘의 부식성을 테스트하였다. 이를 위해 ASTM F436, Type 1 의 규격에 부합하는 1/2인치의 평평한 스틸 와셔를, 서로 다른 조성의 액체를 3부피%로 희석시킨 것에 노출시켰다. 이는 3 세트의 와셔를 각각의 테스트 용액에 10분간 담근 다음, 50분간 공기로 건조시키는 것을 한 사이클로 하여, 이를 72시간 동안 반복하여 실시하였다. 상기 테스트에 대한 결과는 하기의 표 1에서 보이는 바와 같다.

조성	부식속도(MPY*)
100% 액체 간수	30
5% 수수 당밀, 95% 액체 간수	17
50% 수수 당밀, 50% 액체 간수	8
(*MPY = mils per year)

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상기 표 1은 당밀이 액체에 첨가되었을 때 액체 제빙제의 부식성이 현저히 감소하는 것을 보여준다. 또한 당밀이 단 5% 첨가되는 조성에서 보여지듯이, 당밀이 비교적 소량 첨가되는 경우라 할지라도 내부식성이 눈에 띄게 향상되고, 아울러 마지막 조성에서 보여지듯이, 수수 당밀과 액체 간수가 동일한 양으로 혼합된 경우에는 그 효과가 훨씬 향상됨이 증명된다.

고형질의 염화나트륨 제빙제의 처리에서 상기 당밀 및 액체 간수와 다른 부식방지제의 상승효과는, 본 발명의 액체 제빙제 조성물을 고형질의 염화나트륨에 대해 예비습윤제로 사용하여 테스트하였다. 상기 예비습윤제는 50%의 수수 당밀 및 50%의 액체 간수를 포함하는데, 상기 액체 간수는 30%의 염화마그네슘을 포함한다. 부식성을 테스트하기 위하여 ASTM F436, Type 1 의 규격에 부합하는 1/2인치의 평평한 스틸 와셔를 서로 다른 조성의 액체를 3부피%로 희석시킨 것에 노출시켰다. 이는 3 세트의 와셔를 각각의 테스트 용액에 10분간 담근 다음, 50분간 공기로 건조시키는 것을 한 사이클로 하여, 이를 72시간 동안 반복하여 실시하였다. 상기 테스트에 대한 결과는 하기의 표 2에서 보이는 바와 같다.

제빙제 조성물	부식속도(MPY)
100% 염화나트륨	51
99.1% 염화나트륨, 0.9% MSP	30
95.7% 염화나트륨, 4.3% 예비습윤제	42
94.8% 염화나트륨, 4.3% 예비습윤제, 0.9% MSP	15

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상기 표 2에서 알 수 있듯이, 예비습윤제 및 모노소듐 포스페이트(MSP)를 포함하는 조성물에서 부식이 감소되는 효과가 최대로 나타났다. 이때 어느 것으로도 처리되지 않은 염화나트륨의 경우 부식속도가 51 MPY(mils per year)이고, MSP만으로 처리된 경우 부식속도가 30 MPY 로 감소하였다. 예비습윤제만으로 처리된 경우 부식속도가 42 MPY로 감소했지만, 모노소듐 포스페이트와 예비습윤제를 함께 사용하여 처리된 염화나트륨의 경우 부식속도가 15 MPY로서, 36 MPY가 감소되었다. 따라서 상기 실시예에서 알 수 있듯이, 당밀을 함유하는 예비습윤제와 부식방지제를 배합함으로써, 유의미한 상보적 효과가 확인되었다. 그러나, 포스페이트가 제빙제에 대한 부식방지제로서 사용되는 것이기는 하지만, 가격이 비쌀 뿐만 아니라 환경오염을 일으키기 때문에 그 사용량을 감소시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 바람직한 몇몇 실시예들을 참고로 개시되었으나, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능함을 인지할 것이다.

Claims (22)

1. 수분이 없는 상태에서

   적어도 0.5중량%의 염화마그네슘;

   적어도 0.5중량%의 당밀 고형체; 및

   적어도 80중량%의 염화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙제 조성물.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 조성물은 수분이 없는 상태에서

   0.5 내지 13중량%의 염화마그네슘;

   0.5 내지 3.0중량%의 당밀 고형체; 및

   85 내지 96중량%의 염화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙제 조성물.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제빙제는 0.5 내지 1.5중량%의 모노소듐 포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙제 조성물.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제빙제는 2.0중량% 이하의 디암모늄 포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙제 조성물.
5. a) 하나 또는 그 이상의 인산염;

   b) 당밀 고형체;

   c) 염화물염(chloride salt); 및

   d) 염화나트륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙제 조성물.
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