KR100977739B1 - 저염화물계 액상제설제 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저염화물계 액상제설제 제조방법에 관한 것으로, 저염화물계 액상 제설제 조성물에 있어서; 중량%로, 염화마그네슘: 38-45%; 초산나트륨: 3-6%; 글리세린: 2-5%; 구연산나트륨: 1-3% 및 잔부 물로 조성되어, 살수장비에서의 아칭현상을 막아 도로 청소용 작업용수로 활용할 수 있는 특징을 갖는 저염화물계 액상제설제를 제공한다.

본 발명은 기존 고체상태의 저염화물계 제설제 및 비염화물계 액상 제설제를 대체할 수 있으며, 영하 20℃에서 영하 60℃까지 쉽게 제조할 수 있어 제설제 구입 비용의 절감과 수출 전망이 밝으며, 또한 그동안 겨울철 도로 청소 작업이 제대로 이루어지지 못하였으나 본 발명은 노면 청소차량의 작업용수로 활용할 수 있으므로 미세먼지 제거와 고가의 장비를 효율적으로 운영할 수 있다.

저염화물계, 액상, 제설제, 아칭현상, 이온화

Description

저염화물계 액상제설제 제조방법{LOW CHLORIDE LIQUID TYPE DEICING CHEMICALSMANUFACTURING}

본 발명은 저염화물계 액상제설제 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 또는 비철금속에 대한 부식과 이온화 현상을 방지시켜 저부식성 특성을 갖도록 개선된 저염화물계 액상제설제 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제설용 제품들은 식염(염화나트륨), 염화칼슘 및 염화마그네슘 등의 염화물계와 칼슘 마그네슘 아세테이트(CMA), CMO(Calcium Magnesium of Organic acids) 및 요소가 있는데 이 중에서 가격이 저렴하다는 이유로 염화물계 제설제를 가장 많이 사용하고 있다.

염화물계 제설제품류는 강한 독성이나 부식성 등으로 자동차, 시설구조물 및 생태계에 막대한 악영향을 초래하고 있으나 이를 대체할 제품은 미비한 실정이다.

또한, 염화칼슘, 식염이 갖는 강한 부식성 때문에 도로(콘크리트, 아스팔트), 교량, 차량, 시설구조물 등의 내구성 저하 그리고 지하수, 하천 및 토양오염 등으로 생태계에 막대한 영향을 초래하고 있어 선진국에서는 환경을 보호하고 신속한 제설작업이 가능한 친환경 개발에 심혈을 기울이고 있는 실정이다.

이와 관련하여, 주요 선진국들의 예를 살펴보면, 미국의 경우 영상에서 영하 5℃까지의 기온에서는 암염(NaCl)과 부순 모래를 섞어서 사용하며, 영하 5℃ 미만일 경우에는 암염의 양을 줄이거나 염화칼슘을 부순 모래와 섞어서 사용하고 있다.

캐나다의 경우에는 주로 소금을 사용하고 있으며 노면 동결 등 필요시 모래를 사용한다.

스위스의 경우에는 소금과 소금용액을 혼합하여 주로 살포하고 있으며 산악 및 도시 보도는 모래를 살포하고 있으며, 요구 서비스 수준이 높은 도로에는 사전에 동결방지제를 살포하고 있고, 특히 교량에는 자동 제빙제 살포 시스템을 시범 설치하여 운영하고 있다.

일본의 경우에는 동절기 다설/한랭 지역의 도로교통을 확보하기 위한 특별법을 마련하여 대상 노선을 지정 시행하고 있다. 특히, 슬러쉬 제거장비, 풍력 등을 이용한 융설시설, 폐열을 이용한 고온수 살포융설 시설의 신기술을 개발하였다.

국내에서는 일반적으로 제설에는 염화칼슘, 염화나트륨 등 염화물계 고체 제설제를 사용하고 있는데, 염화물계 특유의 강한 독성으로 인해 시설물, 구조물은 물론 차량 등에 직접 부식작용을 일으키고 용해액으로 인해 강과 하천 토지의 오염 등 환경 파괴가 심각한 실정이다.

또한, 이같은 고체 제설제 사용의 단점과 제설제의 과다 사용 및 모래를 동시에 살포함으로 인해 사후 청소작업이 필요하여 고비용을 지출하는 문제가 있다.

구체적으로, 염화칼슘이나 염화나트륨은 염소이온이 존재하므로 철(Fe)과 반 응하면 급격히 염화철(FeCl₂)를 형성해 자동차, 철근, 철골 구조물을 심각하게 부식시킨다.

또한, 앞서 설명하였듯이 용해된 염화칼슘이 토양 및 하천으로 유입됨으로써 발생되는 피해는 도로, 토양 산성화에 의한 환경(도로주위의 생물, 상수원, 수질, 가로수 등) 오염의 주범으로 그 피해의 정도는 액수로 계산할 수조차 없는 실정이다.

이에, 비염화물계 제설제에 대한 연구 개발이 다수 진행되고 있으나 비용이 비싸다는 한계와, 염화물계와 비교하였을 때 제설효과의 신속성에 있어 다소 뒤지는 단점을 갖고 있다.

반면, 기존의 염화물계 제설제에서 염화물의 함량을 낮춰 피해를 줄이려는 노력들이 있었으며, 이를 저염화물계 제설제라 통칭하고 있다.

이러한 저염화물계 제설제는 저가형 제설제로서 염화물의 함량을 낮춘 것이 특징이라 할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 개시되고 있는 종래 저염화물계 제설제의 조성중 염화마그네슘 등은 제설 작업시 제설 장비의 살포용 슈트에 흡착되어 아칭(Arching) 현상, 즉 슈트(호퍼) 내에 Mg이 붙어서 떨어지지 않는 현상을 초래하고, 이로 인해 제설제 살포가 곤란하게 되어 작업 효율을 저하시키며, 혼합형 제설제의 경우에는 녹는점이 불균일하다는 단점이 있고, 부식방지제도 입자가 미세하여 바람에 날리거나 살포기의 바닥에 가라앉아서 부식 방지 효과가 매우 미약하다는 단점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 염소이온이 환경부의 친환경 제설제 인증기준(EL 610)인 20.0% 미만이며 기타 성능과 품질 및 환경 관련 기준에 부합되고, 특히 염소 이온으로 인한 부식 방지와, 마그네슘이 금속이나 살포장비의 슈트 또는 노즐에 아칭 현상을 발생시키는 것을 방지하여 제설 작업의 효율성을 증가시킬 수 있도록 한 저가형의 저염화물계 액상제설제를 제공함에 그 주된 해결 과제가 있다.

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본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 살수장비에서 아칭현상을 막아 도로 청소용 작업용수로 활용되는 저염화물계 액상 제설제 제조방법에 있어서; 염화마그네슘 38-45중량%를 1차 교반기에 넣고 10분간 교반하는 제1과정과; 상기 제1과정 후 여과기로 여과한 후 여과액을 모아 2차 교반기로 투입하는 제2과정과; 상기 제2과정 후 입자크기가 최소 0.3mm이고, 상온에서 최대 1000cps의 점도를 가지는 액상의 초산나트륨:3.0-6.0중량%, 글리세린:2.0-5.0중량%, 구연산나트륨:1.0-3.0중량%를 순차로 투입한 다음 5분간 교반하는 제3과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저염화물계 액상제설제 제조방법을 제공한다.

이 경우, 상기 제1과정 및 제3과정은 상기 2차 교반기에 첨가되는 성분들의 특성과 반응성을 고려하여 상온~25℃에서 250~300 rpm으로 저속 교반되는 것을 특징으로 하는 저염화물계 액상제설제 제조방법을 제공한다.

뿐만 아니라, 상기 제3과정은 상기 초산나트륨, 글리세린, 구연산나트륨을 정해진 조성비로 순차 투입하되, 충분한 혼합을 위해 순차 투입시마다 각각 5분씩 교반하는 것에도 그 특징이 있다.

본 발명은 기존 고체상태의 저염화물계 제설제 및 비염화물계 액상 제설제를 대체할 수 있으며, 영하 20℃에서 영하 60℃까지 쉽게 제조할 수 있어 제설제 구입 비용의 절감과 수출 전망이 밝으며, 또한 그동안 겨울철 도로 청소 작업이 제대로 이루어지지 못하였으나 본 발명은 노면 청소차량의 작업용수로 활용할 수 있으므로 미세먼지 제거와 고가의 장비를 효율적으로 운영할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 염소이온이 20% 이하로 포함된 저염화물계 저부식성, 저독성 액상 제설제로서 인체에 무해하고 친환경적이며, 특히 마그네슘이 금속이나 살포장비의 슈트 또는 노즐에 아칭 현상을 발생시키는 것을 방지하여 제설 작업의 효율성을 증가시킬 수 있고, 노면 청소차량의 작업용수로 활용할 수 있어 미세먼지 제거와 고가의 장비를 효율적으로 운영할 수 있도록 하여 준다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 액상 제설제는 염소이온이 환경부의 친환경 제설제 인증기준(EL 610)인 20.0% 보다 낮은 13~19% 여서 부식 방지 효과가 뛰어나고, 또한 저렴한 비용으로 영하 20℃에서 영하 60℃까지 사용할 수 있는 액상 제설제를 쉽게 제조할 수 있어 제설제 구입에 따른 비용도 절감할 수 있도록 하여 준다.

이를 위해, 본 발명에 따른 제설제는 염소이온이 13~19% 함유된 저부식성 액상 제설제로서, 중량%로 염화마그네슘:38.0-45.0중량%, 초산나트륨:3.0-6.0중량%,글리세린:2.0-5.0중량%, 구연산나트륨:1.0-3.0중량% 잔부 물로 조성되어 염화마그네슘의 금속 또는 비철금속에 대한 부식과 이온화 현상을 방지시킨 것으로, 특히 Mg이 Fe에 달라붙는 현상을 방지하도록 구성된 것에 특징이 있다.

그러면, 상기의 성분과 조성비를 갖는 본 발명 액상 제설제 조성물의 수치한정 사유에 대하여 설명한다.

[염화마그네슘:38.0-45.0중량%]

염화마그네슘은 종래 제설제의 주원료로 사용되던 염화칼슘이 지니고 있는 고부식성을 개선하기 위해 대체 첨가되는 것으로, 염화칼슘보다 낮은 융해열을 제공하기는 하지만 금속에 대한 부식성이 적고, 친환경적이며, 어는점을 내리고 재결빙을 지연시키는 작용 측면에서 사용된다.

물론, 염화마그네슘 자체만으로는 제설제로서 완전한 효과를 제공할 수 없기 때문에 후술되는 다른 성분, 특히 초산나트륨 및 구연산나트륨과의 적정 조성비가 매우 중요하다.

특히, 본 발명에서는 무수물 형태의 상기 염화마그네슘은 물론 상온에서 용액형태로 존재하는 6수화물도 사용될 수 있다.

뿐만 아니라, 필요에 따라서는 염화마그네슘의 일부가 염화나트륨으로 대체될 수도 있는데, 이는 염화마그네슘이 고가이므로 이와 같이 염화마그네슘의 일부가 염화나트륨으로 대체되면 코스트를 낮출 수 있고, 또 염화나트륨은 용해속도가 다소 느려 살포 후에도 소정기간 동안 알갱이 상태로 존재하는데, 이와 같은 이유로 염화나트륨을 혼합하면 염화나트륨이 녹기 전까지의 소정시간 동안에는 염화나트륨에 의해 미끄러짐 방지 효과를 기대할 수도 있다.

여기에서, 상기 염화마그네슘을 38중량% 미만으로 첨가하게 되면 융해열이 떨어지고 반응성이 약해 지속성을 유지할 수 없으므로 재결빙을 초래하고, 45중량% 를 초과하게 되면 금속에 대한 부식성이 증가하게 되므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

[초산나트륨:3.0-6.0중량%]

초산나트륨(sodium acetate)은 아세트산과 나트륨이 만드는 염으로, 약한 산과 강한 염기가 만든 염이며, 그 수용액은 약한 알칼리성을 보이고, 융해열이 크므로 보통 난방기구의 보온재료 등에 사용된다.

본 발명에서는 큰 융해열을 이용하여 빙점 강하와 재결빙 시간을 지연시키기 위해 사용된다.

특히, 초산나트륨의 입자사이즈를 0.3㎜ 이상으로 하는 경우 붕해성이 우수한 것으로 알려져 있으며, 이에 더하여 상온에서 1000cps 이하의 점도를 갖는 액상을 사용할 경우 붕해성은 더욱 향상되는 것으로 알려져 있으므로 본 발명에서도 이 조건에 맞춘다면 더욱 더 우수한 액상 제설제를 제조할 수 있을 것이다.

여기에서, 상기 초산나트륨을 3.0중량% 미만으로 첨가하게 되면 붕해성이 급격히 떨어지고, 6.0중량%를 초과하여 첨가하게 되면 안정성이 떨어짐은 물론 다른 성분들과의 상관관계를 고려하여 상기 범위로 한정하여야 한다.

[글리세린(Glycerin):2.0-5.0중량%]

글리세린은 저온에서 탁월한 안정성과 재결빙 지연효과를 갖도록 하기 위해 첨가되는 물질로, 희박용액의 자극을 완화하는 특성을 갖는다.

특히, 상기 글리세린은 어는점 내림에 도움을 주며 저온에서도 제품의 안정성을 향상시킨다.

이러한 글리세린을 2중량% 미만으로 첨가하게 되면 안정성과 재결빙 지연효과가 급격히 저하되고, 5중량%를 초과하여 첨가하게 되면 어는점 강하 및 융빙을 방해할 수 있으므로 다른 성분들의 첨가량을 고려하여 상기 범위로 첨가되어야 한다.

[구연산나트륨:1.0-3.0중량%]

구연산나트륨은 자연에 존재하는 동식물의 대사 물질로서 감귤류에서 가장 많이 얻을 수 있는 유기산으로서, 상쾌한 신맛을 내는 산미제, PH 조절제, 산화방지제, 세제, 수렴제 등으로 식품, 의약산업에 널리 사용되고 있다.

이러한 구연산나트륨은 물 분자 함유에 따라 함유구연산, 무수구연산으로 구분되며, 구연산나트륨, 구연산칼슘, 구연산칼륨 등의 염과 구연산 트리에테르, 구연산 아세틸, 구연산 에스테르 등의 형태로도 이용된다.

특히, 구연산나트륨은 금속표면의 산화물을 제거하여 금속의 부식을 방지하는 능력과 금속표면의 변색을 방지하는 능력이 있는 바, 본 발명에서는 이러한 성질을 이용한다.

또한, 구연산나트륨은 수소이온 농도조절, 악취방지, 완충제, 활성성분의 안전성 유지, 보존성 상승, 산화방지제 등으로 많이 사용되고 있다. 이와 같이, 구연산나트륨은 식품과 의약품에 사용되는 식용에 안전한 친환경성 천연물질이다.

본 발명에 따른 구연산나트륨은 마그네슘의 이온화 현상을 억제시켜 아칭 현상을 방지하고 부식을 억제하기 위해 사용되는 것으로, 1.0중량% 미만으로 첨가되게 되면 마그네슘의 이온화 현상 억제력이 떨어져 아칭 현상을 방지할 수 없고, 3.0중량%를 초과하게 되면 반응성이 일정하게 되므로 다른 성분들과의 상관관계를 고려하여 상기 범위로 한정되어야 한다.

이와 같은 조성에 잔부로 물이 첨가됨으로써 본 발명에 따른 저염화물계 액상 제설제 조성물이 완성되게 되는데, 이를 통해 저염화물계 제설제에서 가장 중요하게 요구되는 특성인 신속한 제설과, 재결빙의 지연, 저부식성을 통한 환경에 대한 피해 최소화를 달성할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 저염화물계 액상 제설제는 제설 작업시 제설 장비의 살포용 슈트에 흡착되어 Mg이 잘 떨어지지 않아 제설제 살포를 곤란하게 하는 아칭(Arching) 현상을 방지하도록 마그네슘의 이온화를 억제함으로써 제설제 살포를 용이하게 한 장점을 가진다.

한편, 상술한 조성으로 이루어진 본 발명에 따른 제설제 조성물은 다음과 같은 과정을 거쳐 친환경 저염화물계 액상 제설제로 제조될 수 있다.

먼저, 본 발명 조성비에 따른 물을 1차 교반기에 넣고, 염화마그네슘을 38-45중량% 첨가한 상태에서 10분간 교반하는 1차 교반과정을 거치게 된다.

이렇게 물과 염화마그네슘을 먼저 교반하는 이유는 염화마그네슘이 충분히 희석되도록 하여 후속 첨가되는 성분들과의 반응성을 높이도록 하기 위함이다.

이어, 교반 완료된 물과 염화마그네슘의 혼합물을 여과기에 여과시켜 여과액만을 따로 모은 다음 2차 교반기에 넣고, 초산나트륨:3.0-6.0중량%,글리세린:2.0-5.0중량%, 구연산나트륨:1.0-3.0중량%을 순차로 투입한 다음 5분간 교반하는 2차 교반과정을 거침으로써 본 발명에 따른 액상 제설제를 제조할 수 있게 된다.

이때, 상기 2차 교반기에서의 교반속도는 250~300 rpm으로 교반하는 것이 바람직한데 이는 저속 교반을 통해 성분조성들의 충분하고 안정적인 혼합이 이루어지도록 하기 위함이다.

여기에서, 상기 2차 교반과정 중 초산나트륨, 글리세린, 구연산나트륨을 정해진 조성비로 한꺼번에 순차 투입한 후 교반할 수도 있지만, 더욱 더 안정적인 반응과 충분한 혼합을 위해 순차 투입시마다 5분씩 교반하는 형태로 제조할 수도 있다.

또한, 상술한 제조과정의 작업환경은 성분들의 특성과 반응성을 고려하여 상온~25℃에서 이루어져야 하며, 이렇게 조성된 조성물은 어는점이 -20~-60℃로서, 제설 작업중 재결빙의 문제가 없어져 제설작업의 용이성이 확보된다.

따라서, 본 발명품은 용도가 다양하고 가격이 저렴하므로 보급이 용이한 친환경 제설제를 제공하게 될 것이다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

본 발명에 따른 제설제의 특성 확인을 위해 하기한 표 1과 같은 성분 조성으로 발명재 및 비교재를 제조하였으며, 이를 금속시편에 사용하여 부식성 시험 및 재결빙 성능을 테스트하였다.

이때, 부식성 시험은 ASTM F 483-98(2002) 시험방법으로 시행하였는데, 예컨대 금속시편(Fe, Al)에 각각 24시간, 72시간 노출시켜 금속시편의 무게 감소량을 측정함으로써 부식성 여부를 테스트하였으며, 재결빙 테스트는 환경부의 제설 제(EL-610) 기준으로 실시하였다.

그리고, 테스트 결과는 표 1,2에 나타내었다.

구분	염화마그네슘	초산나트륨	글리세린	구연산나트륨	물
발명재1	38	6	5	3	Bal.
발명재2	41	4	4	2	Bal.
발명재3	45	3	2	1	Bal.
비교재1	10	15	10	5	Bal.
비교재2	60	2	1	1	bal.

(단위는 중량%이다)

구분	부식여부	재결빙여부(120분 기준)
발명재1	부식발생없음	재결빙 없음
발명재2	부식발생없음	재결빙 없음
발명재3	부식발생없음	재결빙 없음
비교재1	부식발생	재결빙 발생
비교재2	부식발생	재결빙 발생

이를 통해 기존의 염화물계 제설제를 저렴한 가격으로 충분히 대체할 수 있음을 확인하였다.

그리고, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 액상 제설제를 이용하여 제설 작업을 실시할 때 살수장비에 마그네슘이 고착되지 않기 때문에 살수효율도 향상되며, 또한 노면 청소차량용 작업용수로도 활용가능하게 되어 동절기 도로 청소와 미세먼지 제거에도 탁월한 효과를 제공할 것으로 기대된다.

아울러, 본 발명에 따른 제설제 사용시 환경성, 즉 친환경성 여부를 평가하였다.

이를 위해, 상기 조성비중 가장 이상적인 범위인 발명재 2를 시료(시료명:ELD-50)로 하여 비밀을 유지한 채 한국건자재시험연구원, 한국생활환경시험연구원 등에 의뢰하여 독성시험, 어는점 측정, 유해중금속 함유량 등을 실시하였고, 의뢰결과 안전하고 친환경적인 것으로 판명되었다.

시험결과는 아래에 첨부된 바와 같다.

(1) 급성경구독성 시험

(2) 송사리 독성시험

(3) 안점막 자극시험

(4) 피부자극성 시험

(5) 어는점 시험

(6) 유해 중금속 함유량 시험

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 살수장비에서 아칭현상을 막아 도로 청소용 작업용수로 활용되는 저염화물계 액상 제설제 제조방법에 있어서;

   염화마그네슘 38-45중량%를 1차 교반기에 넣고 10분간 교반하는 제1과정과;

   상기 제1과정 후 여과기로 여과한 후 여과액을 모아 2차 교반기로 투입하는 제2과정과;

   상기 제2과정 후 입자크기가 최소 0.3mm이고, 상온에서 최대 1000cps의 점도를 가지는 액상의 초산나트륨:3.0-6.0중량%, 글리세린:2.0-5.0중량%, 구연산나트륨:1.0-3.0중량%를 순차로 투입한 다음 5분간 교반하는 제3과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저염화물계 액상제설제 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서;

   상기 제1과정 및 제3과정은 상기 2차 교반기에 첨가되는 성분들의 특성과 반응성을 고려하여 상온~25℃에서 250~300 rpm으로 저속 교반되는 것을 특징으로 하는 저염화물계 액상제설제 제조방법.
9. 청구항 7에 있어서;

   상기 제3과정은 상기 초산나트륨, 글리세린, 구연산나트륨을 정해진 조성비로 순차 투입하되, 충분한 혼합을 위해 순차 투입시마다 각각 5분씩 교반하는 것을 특징으로 하는 저염화물계 액상제설제 제조방법.