[논문]굴껍질을 재활용한 코팅제의 여과지 코팅 성능평가에 관한 연구

이학수; 우달식; 최명수; 박덕원; 양재식; 조윤성

굴껍질을 재활용한 코팅제의 여과지 코팅 성능평가에 관한 연구
Research of Oyster Shell Recycled Coating Material and its Application to Filter Bed 원문보기

이학수 ((재)한국계면공학연구소) , 우달식 ((재)한국계면공학연구소) , 최명수 (프론티어산업연구소) , 박덕원 (한국세라믹기술원) , 양재식 ((주)칠성고분자) , 조윤성 ((주)피앤아이)

현재 남해안 굴양식산업은 어업인들의 중요한 소득원이 되고 있으나, 굴양식장에서 발생되는 굴패각은 처리곤란 및 악취발생으로 인해 또 다른 해양오염원으로 그 문제성이 심각하게 대두되고 있는 실정이다. 굴양식장에서 연간 약 28~30만여톤의 굴패각이 발생되고 있으며, 그 중 10~20%는 종패부착용이나 비료로 재활용되고 있고, 80~90%는 매립되거나 야적 방치된다고 보고되고 있다. 본 연구에서는 굴패각을 재활용하고자 굴껍질의 성분분석을 실시하여 나노고분자세라믹 코팅제의 세라믹 소재로써의 적용 가능성여부를 확인하였고, 경기도 P정수장 내 여과지 콘크리트 벽면에 코팅처리하여 그 성능을 확인하였다. 그 결과 패각의 굴껍질은 90%이상이 탄산칼슘($CaCO_3$)로 이루어져 있었으며, 굴껍질을 재활용한 나노고분자세라믹 코팅제는 pH 7.5~8.5로서 일반수도를 측정한 pH 7.3~7.8과 유사한 결과를 보였다. 또한, 나노고분자세라믹 코팅제의 콘크리트 벽면에 대한 부착강도는 한국산업규격에 제시된 폴리머의 방수재료 부착강도인 8~10(kg.f/$cm^2$)이상의 값이 나타남에 따라 패각의 굴껍질을 재활용한 나노고분자세라믹 코팅제의 경기도 P정수장 내 여과지 콘크리트 벽면 코팅제로써 적용이 가능한 것으로 확인 되었다.

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문제 정의

본 연구는 다량의 탄산칼슘(CaCO₃)를 함유하고 있으나 재활용되지 못하고 대부분 매립 및 방치되는 굴패각을 수도시설의 세라믹코팅제로 재활용하고자 패각분말에대한 기초연구 및 개발된 세라믹코팅제의 경기도 P정수장 내 여과지 콘크리트 벽면에 코팅처리 가능성 및 그 성능에 대한 평가를 실시한 결과 다음과 같았다.
따라서, 인체에 무해하고 내구성 및 안정성이 우수한 환경친화적인 나노고분자세라믹 코팅기술 개발이 시급하다. 본 연구에서는 굴패각을 재활용하고자 굴껍질의 성분분석을 실시하여 나노고분자세라믹 코팅제의 세라믹 소재로써의 적용 가능성여부를 확인하였고, 개발된 세라믹코팅제의 경기도 P정수장 내 여과지콘크리트 벽면에 코팅처리 가능성 및 그 성능에 대한 평가를 실시하였다.

제안 방법

직접적인 탄산칼슘의(CaCO₃) 중량을 Table. 1에서는 알 수 없지만 탄산칼슘의 구성 분자식을 사용하면 간접적으로 탄산칼슘의 중량을 알 수 있으므로 다음의 방법을 이용하여 탄산칼슘의 중량을 구하였다.
(약 90%)이고 그 외 무기물과 유기물로 이루어져 있다. 굴패각을 구성하고 있는 성분을 분석하기 위해 X선 형광분광분석(XRF:XRay, Flourescence Spectometry)시험을 실시하였다. XRF 실험을 위해서 Fig.
굴패각을 원료로 사용한 나노고분자세라믹 코팅제를 경기도 P정수장 내 여과지 콘크리트 벽면에 코팅 처리하여 그 성능을 평가하였다.
굴패각의 세라믹 원료로써의 재활용이 가능한지의 여부를 판단하기위해 X선 형광분광분석(XR F:X-Ray, Flourescence Spectometry)시험을 통해 굴패각의 성분분석을 실시하였고 굴패각의 결정구조를 알아보기위해 XRD(X-Ray, Diffraction) 분석기를 사용하였다. 또한, 굴패각을 원료로 사용하여 제조된 세라믹코팅제의 코팅 성능을 확인하기 위하여 유리면에 도포한 시편을 250ml의 비이커에 넣은 후, 장기간 방치하여 pH 변화를 측정하였고 모르터 상부에 코팅시료를 40×40×5mm의 크기로 도포 후, 온도20±3℃, 습도 80%조건하에 24시간 건조하여 부착강도를 측정하였다.
또한, 굴패각을 원료로 사용하여 제조된 세라믹코팅제의 코팅 성능을 확인하기 위하여 유리면에 도포한 시편을 250ml의 비이커에 넣은 후, 장기간 방치하여 pH 변화를 측정하였고 모르터 상부에 코팅시료를 40×40×5mm의 크기로 도포 후, 온도20±3℃, 습도 80%조건하에 24시간 건조하여 부착강도를 측정하였다.
본 실험에 사용된 굴패각은 태안 신두리지역에 야적되어 있는 꿀패각을 수거, 운반하여 수돗물로 세척한 후 100℃에서 48hr 건조한 시료를 파쇄하여 사용하였다. 채취한 시료의 수분 및 유기물로 인한 무게감소 등의 영향을 없애 주기 위해서 Furnace를 이용하여 600℃에서 120분간 소성처리한 시료를 원료 사용하여 나노고분자세라믹 코팅제를 제조하여 경기도 P정수장 여과지 내 콘크리트 벽면에 코팅처리하여 그 성능을 확인 하였다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 굴패각은 태안 신두리지역에 야적되어 있는 꿀패각을 수거, 운반하여 수돗물로 세척한 후 100℃에서 48hr 건조한 시료를 파쇄하여 사용하였다. 채취한 시료의 수분 및 유기물로 인한 무게감소 등의 영향을 없애 주기 위해서 Furnace를 이용하여 600℃에서 120분간 소성처리한 시료를 원료 사용하여 나노고분자세라믹 코팅제를 제조하여 경기도 P정수장 여과지 내 콘크리트 벽면에 코팅처리하여 그 성능을 확인 하였다.

성능/효과

1) 굴패각은 92.08%가 탄산칼슘으로 이루어져 있어 세라믹 소재로써의 가능성을 확인 하였다.
2) 개발된 세라믹코팅제의 경기도 P정수장 내 여과지 콘크리트 벽면에 코팅처리하여 pH측정 결과 코팅된 시편은 pH 7.5～8.5를 나타냈으며, 일반 수도는 pH 7.3～7.8로 약 pH 0.1～0.5의 오차를 나타냈으나, 시간이 경과할수록 안정된 pH값은 7.3～7.5로 일반수도와 큰 차이가 없는 일정한 값을 유지하였다.
3) 또한, 굴패각을 활용한 세라믹코팅제의 부착강도 측정결과 일반 폴리머계 방수재료의 기준 부착강도인 8～10 kg.f/cm² 이상 규정하고 있는 반면 세라믹코팅제의 경우 13～32 kg.f/cm² 으로써 폴리머계 방수재료의 부착강도보다 5～22 kg .f/cm² 높은 것으로 측정되었다.
일반적으로 한국산업규격에 제시된 폴리머계 방수 재료의 부착강도는 약 8～10 kg.f/cm² 이상으로 규정하고 있는데, 본 실험에서는 Fig. 4의 폴리머계 코팅제보다 세라믹코팅제가 13～22 kg.f/cm² 높아 표면접착력이 우수한 것으로 판단된다.
코팅된 시편의 시간변화에 따른 pH측정 결과 Fig. 3와 같이 코팅된 시편은 pH 7.5～8.5를 나타내었으며, 일반수돗물은 pH 7.3～7.8을 나타내어 일반수돗물보다 약간 높은 수준을 나타냈지만 안정된 시점에서는 일반수돗물의 pH값과 약 0.1～0.5의 차이를 두고 일정한 값을 유지하였다.

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