KR100819461B1 - 케이폭 섬유을 이용한 흡유 그물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이폭 섬유를 이용하여 해상 또는 하천에 유출된 기름을 효과적으로 제거하기 위한 흡유 그물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 흡유 그물은 제조방법이 간단하고, 상기 그물을 배에 부착하여 사용함으로써 기름 유출 사고시 신속하게 사고 장소에 도착할 수 있으며, 넓은 범위의 기름을 신속하고 간편하게 흡수하고, 흡수한 기름이 포함된 그물은 동력을 이용하여 손쉽게 회수가 가능하여 많은 인력이 필요하지 않으며, 또한 흡수한 기름은 압착기 등을 통해 회수할 수 있다. 또한, 상기 흡유 그물은 이용 후 재사용할 수 있고, 케이폭 섬유를 가공하지 않아 편리하게 이용할 수 있으며 경제적이므로 해상 또는 하천의 기름 또는 유기 용매 유출 사고시 유용하게 사용할 수 있다.

케이폭, 해상, 하천, 흡유, 그물

Description

케이폭 섬유을 이용한 흡유 그물{Net for absorbing oil using a kapok fiber}

도 1은 본 발명에 의한 일실시형태에 따른 흡유 그물의 개략도이고,

도 2는 본 발명에 의한 일실시형태에 따른 흡유 그물을 배에 장착한 사진이며,

도 3은 본 발명에 의한 일실시형태에 따라 제작된 흡유 그물 사진이다.

(a) 그물에 부착하지 않은 상태; 및

(b) 그물에 부착한 상태.

<주요 부호에 대한 간단한 설명>

10: 케이폭 섬유 부재

20: 다공성 담체

30: 고정 부재

40: 고리

본 발명은 케이폭 섬유를 이용하여 해상 또는 하천에 유출된 기름을 효과적으로 제거하기 위한 흡유 그물에 관한 것이다.

현재, 해상으로 수송되는 전세계의 원유와 석유제품 수송량은 연간 10억 톤에 달하며 매년 유출되는 기름의 양은 80년대 초 140만 톤에서 80년대 말 236만 톤으로 증가하였고 90년대 이후는 각국의 노력으로 총유출량은 증가하지 않고 있으나 사고는 대형화되고 있는 추세이다. 예를 들면, 1999년 12월에 발생된 에리카호의 침몰로 인해 중유 1만 2000톤이 유출되는 사고로 400 km에 달하는 해역에 기름이 퍼져 굴 양식장과 염전, 해안 관광지대를 오염시켰다. 이로 인해 유출유 방제 비용으로 3 ~ 4억 프랑과 잔존유 처리비용으로 4억 프랑이 소요되고, 정상 수준을 회복하기까지 10년 정도가 소요될 것으로 알려졌다.

석유류 자원이 부족한 우리 나라도 많은 양의 원유를 해외로부터 수입하여 이용하고 있기 때문에 선박의 통행이 왕성하며, 이로 인해 해상 기름 유출사고도 빈번하게 일어나고 있는 실정이다. 국내 연안에서 발생된 해상 기름 유출사고 건수는 79년 128건이었으나, 80년대 연평균 200건, 90년대에는 390건으로 지속적으로 증가하고 있으며 특히, 어선 등에 의한 소규모 유출사고가 크게 늘어나는 추세이다.

또한, 유조차, 탱크로리 등의 운송사고로 인해 기름이 유출되어 인근 하천을 오염시키는 사건도 종종 일어나고 있다.

이와 같이, 해상 또는 하천의 기름 유출사고는 다량의 기름이 한꺼번에 배출되어 급속하게 넓은 지역으로 확산되기 때문에 주변환경에 심각한 환경오염문제를 야기할 수 있다. 원유는 유독성으로 대부분의 동식물 생태계에 악영향을 미친다. 원유는 여러 성분의 물질을 포함하는데 휘발성인 물질은 공기중에 노출시 곧 증발해버리는 반면, 다른 성분들은 덜 휘발성이어서 밀도가 높고 끈적한 기름셀 또는 슬릭(slick)을 형성하여 몇 달, 심지어는 몇 년까지도 없어지지 않고 남아있기도 한다. 따라서 해상 또는 하천의 기름 유출은 오랜 기간 동안 심각한 피해를 초래하므로 기름이 유출됨과 동시에 빠른 시간 내에 제거해야 한다.

일반적으로 해상 또는 하천에 유출된 기름을 제거하는 방법은 먼저 오일펜스(oil fence)로 유출된 기름이 확산되지 않도록 방지한 후, 물리, 화학, 생물학적 처리 방법으로 방제작업이 이루어진다.

물리적 처리 방법은 수면에 막을 형성한 기름을 흡유제로 흡수하거나 "스키머"라고 하는 기름 흡착기로 표면에 떠 있는 기름을 걷어내는 방법이고, 화학적 처리 방법은 일종의 액체 세제인 기름 처리제를 뿌려 기름을 작은 방울로 나누어 물과 기름이 섞인 덩어리가 해저에 가라앉지 않도록 하는 방법이며, 생물학적 처리 방법은 해상의 미생물들이 기름 성분을 분해하도록 하는 방법이다.

그러나 화학적 처리 방법은 상기 기름 처리제를 고농도로 이용할 경우 2차 오염 등이 발생할 우려가 있으며, 생물학적 처리 방법은 대량의 기름 오염 지역에서는 효과적이지 못하고 적조발생을 일으켜 연안 양식장에 심각한 피해를 주는 문제가 있다. 또한, 이들 사용은 일회성이며 재사용되지 못하기 때문에 처리 비용이 많이 든다는 문제가 있다.

따라서 일반적으로 기름 유출시 물리적 처리 방법으로 먼저 방제한 후 마지막으로 남은 엷은 잔유에 대하여는 화학적 또는 생물학적인 처리로 방제작업이 이루어지고 있으며, 이중 가장 간단하고 경제적인 물리적 처리 방법으로는 유흡착포, 유흡착패드 등과 같은 유흡착제를 이용하는 방법이 있다.

일반적으로 유흡착제는 일정한 진동에 파손되지 않을 정도의 강도를 갖으면서 일정한 온도범위에서는 연화되거나 경화되는 등의 형태변화가 없어야 하며, 흡유능력은 크고 흡수능력은 낮아야 하며, 흡유하고 있는 상태에서 일정한 내유성(耐油性)을 보유하여야 하며, 그밖에 흡유처리 후 이를 폐기처분시 소각처리토록 되어 있는바, 이를 소각시 유해가스의 발생량이 일정수준을 초과하지 않는 등의 특성이 요구되고 있다. 이러한 물리화학적인 특성에 맞추어 주기 위하여 현재 유흡착제로 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 합성 수지 단섬유(staple fiber)를 흡유성을 보유하도록 표면처리를 하여 이를 유흡착제 물질로 하고, 이를 발수처리한 합성수지사로 된 필름상 부직포를 외피로 하여 패드, 붐, 쿠션형태로 하여 다공성(多孔性)을 이루고 있는 상기 유흡착체 물질이 합성수지 부직포를 통과하여 다공성의 공극(孔隙) 사이에 유분이 흡착되도록 하여 유흡착제로 이용하고 있다.

이에 대한 종래 특허로는 대한민국 특허등록 제210202호에 기름만을 효과적 흡착, 포집하여 제거할 수 있도록 하기 위해서 경사와 위사가 폴리프로필렌으로 된 더블랏셀편지로 제조된 유·수선택분리투과성이 우수한 환경오염방지용 포지를 개시하고 있다.

또한 대한민국 공개특허 제1996-0041456호에서는 폴리프로필렌수지 멜트 블로운 부직포 원단과 스펀본드 부직포 원단을 다단계의 가이드 로울러를 경유한 뒤 복수의 로우프를 상기 두 부직포 원단 사이에 원단의 이송방향을 따라 그들의 폭방향으로 평행하게 삽입하여 이송하고, 접합로울러와 공구혼과의 사이로 로우프가 삽입된 상기 부직포 원단을 통과시키면서 초음파 발진기에서 발생된 초음파로 순간가열접합하는 유흡착제의 제조방법을 개시하고 있다.

그러나 현재 이용되고 있는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 합성수지 단섬유를 유흡착제 물질로 하는 유흡착제는 석유화학제품을 원료로 하고 있어 이용후 이들을 폐기하기 위하여 소각처리시 다량의 매연과 유해가스가 발생될 뿐 아니라 제조과정에서 고가의 표면처리제(흡유제)를 이용하여야 하는 등의 문제가 있다.

한편, 최근 케이폭 섬유에 대한 관심이 높아지고 있다. 상기 케이폭 섬유는 자바, 수마트라, 인도, 태국, 인도네시아 등에서 생산되며, 높이 10 ~ 15 m에 달하는 교목의 다래에서 채취한 섬유이다. 이 섬유의 길이는 약 10 ~ 30 mm정도이고 직경은 약 15 ~ 45 ㎛정도이다. 상기 케이폭은 64%의 셀룰로오스, 13%의 리그닌 및 23%의 펜토산으로 이루어져 있으며, 어떤 경우에는 대부분이 셀룰로오스를 함유한다. 게다가 섬유 각각은 독립적으로 얇은 관을 형성하고 상기 셀은 물분자 크기보다 작고 친유성이기 때문에 기름만 흡수하며, 한번에 많은 기름을 흡수할 수 있다. 또한 물의 침투에 견디는 힘이 강하고 부연성이 풍부하며 자체 중량의 35배 정도를 띄울 수 있다. 또한 가격이 저렴하므로 경제적인 면에서도 이점이 있다. 따라서 상기 케이폭 섬유는 차세대 흡유제로서 각광을 받고 있다.

그러나 케이폭 섬유는 표면이 매끈하며 엉키지 않고 강력이 작기 때문에 방적이 어려워 직물이나 시트(sheet)의 형태로 만들기 어렵다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 케이폭 섬유를 다른 섬유와 함께 혼방하여 가공하여 사용하고 있다.

예를 들면, 일본 공개특허 제1984-082992호에서는 실용적인 흡유제를 얻기 위하여 케이폭 섬유 2개와 셀룰로오스 섬유 1개를 혼합하여 열처리하여 제조한 흡유용 부직포를 개시하고 있으며, 일본 공개특허 제1990-289074호에서는 상기 케이폭 섬유와 목화 섬유 및 핫 멜트(hot-melt) 섬유를 혼합하여 몰딩한 시트 형태의 흡유제를 개시하고 있다.

또한, 미국 특허등록 제4,061,567호에서 케이폭 섬유를 폴리프로필렌 등의 합성 섬유, 면 등의 천연 섬유와 혼합하여 매트, 벨트 등의 형태로 제작하여 기름을 흡수하는 방법을 개시하였다.

그러나, 이들은 모두 케이폭 섬유의 형태를 유지하는 역할을 하는 다른 섬유 들을 혼합하여 가공하는 별도의 공정이 요구되며, 따라서 비용 및 시간적인 측면에서 불리하다는 문제가 있다.

이에, 본 발명자들은 케이폭 섬유를 가공하지 않은 상태로 이용하며, 기름 유출 사고시 신속하고 효과적이며 간편하게 기름을 제거하기 위하여 연구하던 중, 케이폭 섬유를 기름에 용해되지 않는 재료를 이용한 담체에 넣어 그물에 부착하고, 상기 그물을 배에 부착하여 사용함으로써 기름 유출 사고시 신속하게 사고 장소에 도착할 수 있으며, 넓은 범위의 기름을 신속하고 간편하게 흡수하고, 흡수한 기름이 포함된 그물은 동력을 이용하여 손쉽게 회수가 가능하여 많은 인력이 필요하지 않으며, 또한 흡수한 기름은 압착기 등을 통해 회수할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 케이폭 섬유를 이용하여 효과적이고 간편하게 기름을 제거할 수 있는 흡유 그물을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물을 제공한다.

이하, 도 1 내지 도 3를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다

본 발명은

케이폭 섬유 부재(10);

상기 케이폭 섬유 부재를 구속시키되, 각 모서리에 관통홀이 형성되어 있는 물과 유기용매에 용해되지 않는 재질로 제조된 다공성 담체(20); 및

상기 관통홀을 관통하여 상기 다공성 담체를 그물눈의 각 모서리에 고정시키는 고정 부재(30)를 포함하여 이루어지는 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물을 제공한다.

상기 케이폭 섬유(10)는 자바, 수마트라, 인도, 태국, 인도네시아 등에서 생산되며, 높이 10 ~ 15 m에 달하는 교목의 다래에서 채취한 섬유이다. 이 섬유는 선택적으로 기름만 흡수하며, 한번에 많은 양의 기름을 흡수할 수 있다. 또한 물의 침투에 견디는 힘이 강하고 부연성이 풍부하며 자체 중량의 35배 정도를 띄울 수 있다. 나아가, 상기 케이폭 섬유는 가격이 저렴하므로 경제적인 면에서도 이점이 있다.

본 발명에 따른 흡유 그물에 있어서, 상기 다공성 담체(20)은 물이나 기름에 용해되지 않는 재질로 이루어지는 것이 바람직하며 기름 흡수에 의해 팽창될 수 있도록 유연하며, 일정한 진동에 파손되지 않을 정도의 강도를 갖으면서 일정한 온도범위에서는 연화되거나 경화되는 등의 형태변화가 없어야 한다. 이의 재질로는 물 이나 기름에 용해되지 않는 천연 또는 합성섬유 재질 등을 사용할 수 있고, 바람직하게 마, 목화 섬유 재질 등을 사용할 수 있다.

상기 다공성 담체는 상기 섬유로 직물을 짜거나 다공성의 형태로 고무를 사출하여 제조할 수 있으며, 형상은 삼각, 사각 또는 원형 등의 다양한 형상으로 제조할 수 있다.

상기 다공성 담체의 흡유 구멍은 기름이 드나드는 통로의 역할을 하며 상기 흡유 구멍을 통하여 유입된 기름은 다공성 담체(20) 내의 케이폭 섬유에 의하여 흡수된다.

본 발명에 따른 흡유 그물에 있어서, 상기 다공성 담체(20)의 흡유 구멍의 크기는 1 mm ~ 2 cm인 것이 바람직하며, 상기 흡유 구멍이 2 cm보다 클 경우에는 케이폭 섬유(20)가 유출될 수 있으며, 1 mm보다 작을 경우에는 기름의 흡수가 용이하지 않는 문제가 있다.

본 발명에 따른 흡유 그물에 있어서, 상기 다공성 담체(20) 내부에는 케이폭 섬유(10)를 채워 밀봉하며, 이때 상기 케이폭 섬유(10)의 함유량은 상기 다공성 담체(20)의 최대 부피의 20 ~ 80%인 것이 바람직하다. 만일 상기 케이폭 섬유(10)의 함유량이 80%을 초과하면 케이폭 섬유의 흡유에 있어서 효율성이 떨어지며, 20% 미만이면 흡유량이 적은 문제가 있다.

상기 케이폭 섬유(10)가 채워져 밀봉된 다공성 담체(20)의 각 모서리의 관통홀을 관통하여, 상기 다공성 담체를 그물눈의 각 모서리에 고정시키는 고정 부재(30)와 연결하기 위해 고리(40)를 이용하여 부착함으로써 본 발명에 따른 흡유 그물을 제조할 수 있다. 이때, 상기 그물은 통상적으로 이용되는 그물 또는 그물 형태의 구조물을 모두 포함한다. 또한, 상기 흡유 그물은 흡유 그물 단위체를 여러 개 연결하여 사용할 수 있다. 상기 제조된 일실시형태의 흡유 그물을 도 3에 나타내었다.

본 발명에 따른 흡유 그물을 이용하여 흡수되는 기름은 탄소수가 적어도 1개 이상이며, 끓는점이 10 ℃ 이상인 기름 또는 흡수 가능한 유기 용매를 모두 적용할 수 있다. 상기 기름으로는 원유, 휘발유, 경유, 중유, 등유, 벙커C유 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있으며, 상기 유기 용매로는 톨루엔, 벤젠, 헥산 또는 이들의 혼합을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 흡유 그물은 도 2에 나타내는 바와 같이, 배에 장착하여 사용할 수 있으며, 광범위하게 퍼져있는 기름을 신속하게 흡수하고, 흡유 후에는 동력을 이용하여 그물을 끌어올려 프레스 등의 기계를 이용하여 기름을 회수할 수 있으며, 한 번 이용한 후에도 성능이 현저히 저하되지 않기 때문에 다시 흡유할 수 있어 재사용이 가능하므로 효율적이고 경제적이다. 따라서 본 발명에 따른 흡유 그물은 해상 또는 하천의 기름 또는 유기 용매 유출 사고시 해상 또는 하천의 부유 기름 또는 유기 용매를 효과적으로 제거할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1>

국내에서 판매되는 마 또는 목화섬유 2장을 스티칭하여 담체를 제조한 뒤, 케이폭 섬유(미얀마 산)를 넣고 봉하였다. 상기 담체의 네 모서리에 고리를 부착시킨 후, 그물에 달아 본 발명에 따른 흡유 그물을 제조하였다.

< 실험예 1> 흡유 그물의 재사용 실험

본 발명에 따른 흡유 그물의 재사용에 따른 흡유성의 영향을 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.

상기 실시예 1에 의해 제조된 흡유 그물의 단편에 케이폭 섬유 1 g을 넣어 디젤유 또는 톨루엔 1000 ㎖가 들어있는 비커에 10분 동안 담그고 꺼낸 후, 철제망에 올린 후 더 이상 액체가 흘러나오지 않을 때 상기 흡유 그물에 흡수된 디젤유 또는 톨루엔을 압축하여 짜낸 다음 회수된 디젤유 또는 톨루엔의 양을 측정하였다. 상기 흡유 그물 단편을 재사용하여 상기 실험을 3번 연속해서 수행한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

케이폭 흡유 그물	케이폭 섬유 1 g당 디젤유 흡유량(㎖)	케이폭 섬유 1 g당 톨루엔 흡유량(㎖)
첫번째 사용	61±4	49±4
두번째 사용	43±3	40±4
세번째 사용	41±3	36±3

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 흡유 그물은 첫번째 사용에서 케이폭 섬유 1 g당 61±4 ㎖의 디젤유를 흡수하고, 세번째로 재사용시에도 케이폭 섬유 1 g당 41.2±2.8 ㎖의 디젤유를 흡수함으로써 성능이 현저히 저하되지 않기 때문에 재사용이 가능함을 확인하였다.

유기 용매 중 하나인 톨루엔의 경우에도 첫번째 사용에서 케이폭 섬유 1 g당 49±4 ㎖의 흡유율을 나타내었고, 세번째 재사용시에도 케이폭 섬유 1 g당 36±3 ㎖의 톨루엔을 흡유함으로써 성능이 현저히 저하되지 않아 재사용이 가능함을 확인하였다.

따라서, 본 발명에 따른 흡유 그물은 재사용이 가능하므로 경제적으로 기름 제거 및 회수에 이용될 수 있다.

이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 따른 흡유 그물은 제조방법이 간단하고, 상기 그물을 배에 부착하여 사용함으로써 기름 유출 사고시 신속하게 사고 장소에 도착할 수 있으며, 넓은 범위의 기름을 신속하고 간편하게 흡수하고, 흡수한 기름이 포함된 그물은 동력을 이용하여 손쉽게 회수가 가능하여 많은 인력이 필요하지 않으며, 또한 흡수한 기름은 압착기 등을 통해 회수할 수 있다. 또한, 상기 흡유 그물은 이용 후 재사용할 수 있고, 케이폭 섬유를 가공하지 않아 편리하게 이용할 수 있으며 경제적이므로 해상 또는 하천의 기름 또는 유기 용매 유출 사고시 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (10)

1. 물과 유기용매에 용해되지 아니하는 재질로 제조되고, 각 모서리에 관통홀이 형성되어 있고, 표면에 1 mm ~ 2 cm인 구멍이 다수 개 존재하는 다공성 담체에, 케이폭 섬유 부재를 다공성 담체가 함유할 수 있는 총부피의 20~80%가 되도록 충진하고, 케이폭 섬유부재가 충진된 다공성 담체를 관통홀을 통하여 그물모양의 고정부재에 다수 연결한 것을 특징으로 하는 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물.
2. 제1항에 있어서, 상기 다공성 담체의 재질은 마 또는 목화섬유를 포함하는 천연 섬유 재질인 것을 특징으로 하는 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물.
3. 제1항에 있어서, 상기 다공성 담체의 형상은 삼각, 사각 또는 원형을 포함하는 다양한 형상인 것을 특징으로 하는 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 케이폭 섬유는 흡유 후에 압력을 가하여 기름을 회수한 후 재사용하는 것을 특징으로 하는 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물.
7. 제1항에 있어서, 흡유 대상은 원유, 휘발유, 경유, 중유, 등유, 벙커C유 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물.
8. 제1항에 있어서, 흡유 대상은 톨루엔, 벤젠, 헥산 또는 이들의 혼합인 것을 특징으로 하는 케이폭 섬유를 이용한 흡유 그물.
9. 삭제
10. 제1항 내지 제3항, 또는 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항의 흡유 그물을 이용하여 해상 또는 하천의 부유 기름을 제거하는 방법.

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