KR100211309B1 - 탈지성이 우수한 탈지용액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탈지성이 우수한 탈지 용액에 관한 것으로, 특히 도금 및 화성 처리의 하지 강판 등에 사용되고 있는 냉연 강판을 세척하는 탈지성이 우수한 탈지 용액에 관한 것으로, 농도비로써, 알킬설포네이트(alkylsulfonate) : 0.052.0, 알콕실레이트(alkoxilate) : 0.11.0, 무기빌더 : 0.010.5, EDTA : 0.010.1로 조성되는 탈지 첨가제를 용수에 0.21.5

Description

탈지성이 우수한 탈지용액

본 발명은 탈지성이 우수한 탈지 용액에 관한 것으로, 특히 도금 및 화성 처리의 하지 강판 등에 사용되고 있는 냉연 강판을 세척하는 탈지성이 우수한 탈지 용액에 관한 것이다.

일반적으로, 냉연 강판은 압연 공정을 거치면서 강판 표면에 압연유가 필름 형태로 덮여 있다. 냉연 강판은 소둔로에 들어가기 전 압연유를 제거하는 탈지 공정을 거치게 되며, 만약 탈지가 불충분하면 소둔 시 흑연 석출, 노내 오염, 화성 처리성에 악영향, 도금 밀착성 저하 등의 문제들을 야기시켜 품질 저하의 요인이 된다.

따라서, 냉연 강판 표면에 압연유 및 기타 오염물이 잔존하지 않는 청정한 표면 상태를 유지할 필요가 있는 것이다.

금속 표면 처리를 할 때 가장 중요한 것은 탈지이다. 왜냐하면, 후공정으로 실시되는 금속 표면 처리를 위해서는 금속 자체의 청정 및 활성화가 필요하기 때문이다. 따라서, 실시하고자 하는 공정에 따라 탈지를 실시하여 필요한 청정도를 얻어야 한다. 예를 들면, 인산염 처리, 크로메이트 처리, 또는 전해 연마와 같은 공정은 이들 화학적 용액과 금속이 반응하여 어느 정도 청정성을 제공하기 때문에 전기 도금 공정만큼 엄격한 청정도를 요구하지는 않지만 금속 표면에 묻은 이 물질로 인해 처리 용액의 노화가 촉진되는 문제점이 발생된다.

통상, 금속 표면은 1, 1, 1-트리클로로에탄(TCA : trichloroethane)과 같은 유기 용제를 사용하여 증기 탈지 방법에 의해서 세정하고 있으나, 이 들 용제는 오존층을 파괴시키는 등의 환경 문제를 유발시키며, 또한 이에 대한 정부 규제가 날로 심해서 점차 사용량이 감소하고 있으며, 대체 물질을 개발하고 있다.

한편, 미국의 LMSC(Lockheed Missile Space Company)는 현재 사용 중인 TCA를 전면 대체하는 것을 목표로 하고 있으며, 그 대체 탈지 용액으로 알칼리 탈지 용액을 선정하여 적용 중에 있다(Plating and Finishing, p58, 1993).

또한, 그레이브즈(Graves)에 의하면 예전부터 증기 탈지법을 사용하고 있는 도장 관련 업체에서도 이 중 50이상의 업체는 기존 증기 탈지법과 새로 적용하고자 하는 알칼리 탈지법과의 차이가 없다고 조사되었으며, 오히려 알킬리 탈지법이 더 우수하다고 보고한 업체도 27정도로 많았다(Products Finishing, p72, 1991).

통상적으로, 냉간 압연 강판의 탈지 방법으로 많이 사용하고 있는 방법으로는 알칼리 탈지이며 그 처리 방법은 침전 및 전해 탈지이다. 이러한 방법이 탈지성에 미치는 영향을 살펴보면, 압연유의 종류, 압연유가 강판 표면에서 열화 된다거나, 알칼리 세정 조건에 따라 그 탈지성이 변화한다.

이를 보다 상세하게 설명하면, 일반적으로 박판용으로 많이 쓰고 있는 압연유는 우지(牛脂) 및 팜(palm)유 등이 있으며, 이들 오일은 알칼리에 의해 검화 되어 비누 성분(soap)이 된다. 따라서, 물에 쉽게 녹아 탈지가 잘되지만 지방산 및 타 물질이 혼입되면 탈지성이 떨어진다.

그러므로, 압연유의 산가(AV) 및 검화가(SV)등 압연유의 특성에 따라 냉연 강판의 탈지성이 다르게 나타나므로 압연유의 특성이 변경되었을 때는 필히 그 탈지성에 대한 영향도 검토하는 것이 요구된다.

따라서, 냉연용 압연유를 우지계에서 합성 에스테르계로 교체하면 기존 우지계에 적용된 탈지 용액은 적절하지 못하다. 즉, 탈지 공정을 거친 냉연 강판에 이 물질이 묻는 문제점이 발생하고, 탈지 공정 중에 발생하는 상기와 같은 문제점은 냉연 제품에만 영향을 끼치는 것이 아니라 냉연 제품을 소재로 후 공정 처리를 하는 화성 처리 제품 및 도금 제품의 품질에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 더욱 중요하지만 아직까지 이에 대한 해결책이 제시되지 못하고 있는 실정이다.

일반적으로 합성 에스테르계 성분이 많이 함유되어 있는 압연유를 사용하면 기존 우지계에 적용한 탈지 용액보다 충분한 탈지성 확보가 어려운 문제점이 있으므로 탈지성을 향상시키기 위해서는 첨가되는 첨가제의 특성이 우수해야만 한다. 즉, 표면에 존재하는 압연유의 성분 및 특성에 적합한 첨가제 계면 활성제, 킬레이트(chelate)제, 무기빌더(삼인산 및 탄산 소다) 등을 선정해야만 우수한 탈지성을 보인다. 이러한 측면에서 합성 에스테르계 압연유에 적합한 참가제 선정이 필요하며, 또한 첨가제가 함유된 탈지 용액의 물리 화학적 특성, 첨가제의 적정 농도, 용액의 경시 변화 등의 정밀 조사가 필요하다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 탈지 용액의 첨가제를 도출함으로써 별도의 설비 증설 없이 기존의 장치에서 현 탈지 공정의 문제점들을 해결하여 조업 안정화 및 작업성 향상을 이룩하고 탈지 불량에 의한 제품 불량을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 탈지성이 우수한 탈지 용액을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 탈지 첨가제인 알킬설포네이트(alkylsulfonate)의 농도는 0.052.0, 알콕실레이트(alkoxilate)의 농도는 0.11.0, 무기빌더의 농도는 0.010.5, EDTA의 농도는 0.010.1로 조성되는 탈지 첨가제를 용수에 0.21.5함유하여 이루어진다.

한편, 상기 알킬설포네이트의 더욱 바람직한 농도는 0.10.6이고, 상기 알콕실레이트의 더욱 바람직한 농도는 0.20.5이고, 상기 무기빌더의 더욱 바람직한 농도는 0.10.3이고, 상기 EDTA의 더욱 바람직한 농도는 0.030.08로 이루어진다.

일반적으로 깨끗하고 미려한 표면이 요구되는 냉연 강판의 품질에 있어서 필수적으로 요구되는 것은 세정 작업이다. 강판 표면의 세정에는 주로 알칼리 용액들이 사용되고 있는데 현재 많이 사용되고 있는 알칼리제로써는 올소규산소다, 가성소다, 탄산소사, 삼인산소다 등이 있다. 최근에는 탈지 제의 세정 효과를 높여 주기 위한 목적으로 계면활성제와 킬레이트제(chelating agent)를 주성분으로 하는 탈지 첨가제를 적당히 혼합하여 사용함으로써 세정 시간의 단축은 물론 완전한 탈지 효과를 얻고 있을 뿐만 아니라 용수 중의 금속 이온들(Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺등)에 의한 러스트(rust) 발생 요인을 제거시켜 주고 있다.

한편, 탈지 공정에서 탈지 기능의 핵심적인 역할을 수행하는 것은 알칼리 제이다. 따라서, 탈지 제의 성질은 사용한 알칼리 제의 종류에 따라서 결정되어지며 그 성질을 비교하여 보면 올소규산소보다는 기름 성분에 대한 분산 능력이 우수한 것으로 알려져 있으며, 인산 나트륨은 Ca²⁺, Mg²⁺에 대한 킬레이트 효과가 있어 내경수성이 우수한 것으로 보고되어 있다.

그리고, 기체, 액체, 고체 각상의 경계를 계면이라 하고, 어떠한 물질이 액체에 녹아서 그 용액의 계면에 흡착되어 계면 에너지를 현저히 감소시키는 그 계면 활성력에 의해 세정, 분산, 유화, 가용화, 윤활 등과 같은 작용을 나타내는 제3의 물질을 계면 활성제라고 한다. 이 들 계면활성제는 그 원료 및 합성 방법의 다양성 때문에 많은 종류가 생산되고 있으나, 그 분자 구성을 보면 공통적으로 두 가지 부분으로 이루어져 있다. 그 한가지는 기름에는 녹고 물에는 녹지 않는 친유성 부분(hydrophobic group)이고, 다른 하나는 물에는 녹지만 기름에는 녹기 어려운 친수성 부분(hydrophilic group)이다. 따라서, 계면 활성제는 이 양 원자단의 비율(HLB : Hydrophilic Lyoophile Balance)을 적당한 크기로 선택함으로써 그 계면활성제의 유용성 및 수용성의 정도를 어느 정도 임의로 조절할 수 있다.

현재는 그 실용성 때문에 비교적 수용성의 계면 활성제가 많이 제조되어 사용되고 있는데 이들 중에도 물에 용해되어 해리되는 것과 해리되지 않는 것이 있고, 가수분해되는 것과 되지 않는 것이 있다. 이 중 해리성 계면 활성제는 일정한 조건에서 농도를 증가시켜 나가면, 즉 계면 활성제 특유의 어느 일정한 농도에 도달하면 유기성(활성 부분) 이온들이 서로 화합하여 마이셀(micelle)을 형성하게 되는데 이 때의 농도를 그 계면 활성제의 마이셀 형성 임계 농도(CMC : Critical Micelle Concetration)라고 한다. 해리를 하지 않는 계면 활성제도 CMC값을 갖는다. 계면 활성제가 그 계면 활성력을 두드러지게 발휘할 수 있는 것은 CMC 이상의 농도에서이다.

계면 활성제는 수용액 중의 이온 해리 상태에서 계면 활성을 나타내는 부분이 음이온인 경우를 양이온 계면 활성제로 분류한다. 이 중에서 탈지제와 같은 알칼리성이 매우 높은 용액(높은 pH를 갖는 용액)중에서 안정된 계면 활성력을 나타내는 것은 음, 이온계와 비 이온계의 계면 활성제이기 때문에 탈지 공정에서는 이러한 두 가지 계면 활성제들이 주로 사용되나 전해 세정을 실시하는 경우에는 비 이온계 계면 활성제가 사용되고 있다. 현재 비 이온계 계면 활성제의 대표적인 것으로는 에테르(ether)계인 폴리옥시 에틸렌 알킬 페닐 에테르(polyoxyethylene alky1 pheny1 enter)가 널리 알려져 있는데 이는 내 알칼리성이 매우 우수하여 탈지 첨가제의 계면 활성제로 많이 이용되고 있다.

압연유 또는 방청유들이 존재하는 금속 표면은 후속 공정을 위해 알칼리 탈지 용액 내에서 탈지를 실시하여 강판에서 분리된 오일은 탈지용액에 축적 또는 유화 분산된다. 이 때, 사용하는 알칼리 용액은 알칼리 금속 또는 알칼리 회토류 금속의 수산화물(hydroxide), 탄산염(carbonate), 붕산염(borate), 인산염(phosphate), 규산염(silicate)을 함유한 용액을 말하며 메타실리게이트(metasilicate), 파이로포스페이트(pyrophosphate), 트리폴리포스페이트(tripolyphoshate) 및 붕사(borax) 형태로 존재한다. 알칼리 및 알칼리 회토류 금속은 나트륨(Na), 칼륨(K), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 바륨(Ba) 등이다. 따라서, 탈지 특성을 고려하여 알칼리 탈지 용액의 성분을 적절하게 조합하여 최적의 탈지성을 확보해야 한다.

또한, 대부분의 알칼리 용액은 적당한 계면 활성제 및 킬레이트제를 첨가하여 금속 표면의 오일을 제거하는데 사용하고 있다. 그러나, 탈지 초기에 제조된 용액 내에서는 상당한 효과를 나타내나 탈지 용액의 계속적 사용으로 인하여 오일이 축적되고 분산이 많이 되면 탈지 효과가 만족스럽지 못하기 때문에 비싼 알칼리염을 교체하는 대신에 탈지 용액으로부터 오일을 분리해 내는 것이 바람직하다. 일례로, 미국의 D.C. Steels 등은 이러한 문제를 해결하기 위하여 알칼리염, 계면 활성제 등으로 존재하는 사용된 알칼리 탈지 용액에서 탈지한 후 오일의 분리성을 향상시키기 위해 비 이온 계면 활성제를 첨가하여 사용하였다(미국 특허 제4,474,682호, 제5,250,230호).

탈지 용액 중 또 하나의 성분인 킬레이트제란 금속 이온들과 안정된 착화합물들을 형성하여 금속 이온들의 기능을 봉쇄하는 금속 이온 봉쇄제이다. 킬레이트제에는 비공유 전자쌍을 가진 원자를 2개 이상 포함하고 있는 화합물로써 금속 이온과 배위 결합을 형성하여 안정된 킬레이트 고리를 만들게 되며 그 결과로써 안전성이 증가하게 된다. 이러한 부가적인 안정성을 킬레이트 효과(chelate effect)라 하며, 이러한 효과는 모든 킬레이트제가 공통적으로 나타내는 엔트로피 효과이다.

많은 종류의 킬레이트제들 중 EDTA(Ethylene Diamine Tetra Asetic Acid)와 NTA(Nitro Tri Asetic Acid), HEDTA(Hydroxy Ethylene Diamine Tetra Asetic Acid)가 현재 가장 많이 사용되고 있으며, 이중 EDTA는 그 활용 범위가 넓어 폭 넓게 사용되고 있다. 특히 Ca²⁺, Mg²⁺등과 같은 알칼리 토금속들과 매우 안정된 킬레이트 화합물을 형성하기 때문에 경도 성분이 높은 용액에 함유되어 있는 Ca²⁺, Mg²⁺등의 이온들을 봉쇄하는데 주로 사용되고 있다.

이하에 본 발명에 따른 탈지성이 우수한 탈지 용액에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 합성 에스테르 성분의 압연유를 사용하여 압연된 강판의 탈지 처리에 있어서 탈지성, 거품 발생성 및 용액 안정성 등이 우수한 특징을 갖는 탈지 용액으로 그 조성 및 농도는 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 탈지 용액 첨가제는 알킬설포네이트(alkysulfonate)의 농도가 0.052.0, 더욱 바람직한 농도는 0.10.6이고, 알콕실레이트(alkoxilate)의 농도는 0.11.0, 더욱 바람직한 농도는 0.20.5이고, 무기빌더의 농도는 0.010.5, 더욱 바람직한 농도는 0.10.3이고, EDTA의 농도는 0.010.1, 더욱 바람직한 농도는 0.030.08로 조성된다.

상기와 같이 조성된 첨가제는 0.21.5의 농도로 용수에 함유되어 본 발명에 따른 탈지성이 우수한 탈지 용액을 이룬다.

한편, 본 발명에서 상기 첨가제의 농도를 상기와 같이 제한하는 이유는 다음과 같다.

먼저, 알킬설포네이트의 농도는 0.052.0로 더 바람직하게는 0.10.6의 농도로 제한하는 것이 바람직한데 그 이유는 농도가 0.05이하이면 그 양이 충분하지 않아서 탈지성이 저하되고, 2.0이상이면 기포가 다량으로 발생하고 용액의 안정성이 저하되기 때문이다.

그리고, 알콕실레이트의 농도는 0.11.0로 더 바람직하게는 0.20.4의 농도로 제한하는 것이 바람직한데 그 이유는 상기 알킬설포네이트의 이유와 같다. 즉, 농도가 0.1이하이면 양이 충분하지 않아서 탈지성이 저하되며, 1.0이상이면 기포가 다량으로 발생하며 용액의 안정성이 저하되기 때문이다.

또한, 무기빌더의 농도는 0.050.5로 더 바람직하게는 0.10.2로 제한하는 게 좋은데 그 이유는 농도가 0.05이하이면 양이 충분하지 않아서 탈지성이 저하되며, 0.2이상이면 용액의 안정성이 저하되고 폐수 처리 비용이 부담되기 때문이다.

끝으로, EDTA의 농도는 0.010.1로 더욱 바람직하게는 0.030.08로 제한하는 게 좋은데 그 이유는 농도가 0.03이하이면 양이 충분하지 않아 탈지 용액 내에 존재하는 금속 이온의 재부탁 방지 효과가 저하되며, EDTA의 농도가 0.1이상이면 용액의 제조 단가가 상승하고 용액의 안정성이 저하되기 때문이다.

이하에 실시예를 통하여 본 발명에 따른 탈지성이 우수한 탈지 용액에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

탈지 처리는 일반적으로 제철소에서 탈지 처리 공정과 동일한 조건으로(알칼리 탈지)(수세)(전해 탈지)(수세) 처리과정을 거친다.

전해 탈지 시에는 정류기의 직류 전원을 전해 탈지 장치의 전극 및 시편에 연결하여 통전시킬 수 있도록 하였다. 이 때 전 실험 과정을 통하여 시편에는 (-)극을, 카운터 엘렉트로드(counter electrode)에는 (+)극을 걸어 주어 시편의 표면에서는 수소 기체를 발생시키고, 반대 전극에서는 산소 기체를 발생시켰다.

탈지 후 시편에 존재하는 압연유의 양은 표면 유기 탄소 분석기로 유기 탄소량을 분석하였다. 표면 유기 탄소 분석기 사용 시 시편으로부터 압연유와 같은 유기물을 이탈시키는 온도인 노내의 온도 및 각 온도에서의 유지 시간을 다음과 같이 설정한 후 분석하였다. 즉, 400℃에서 200초간 유지한 후, 600℃로 100초 사이에 승온시키고, 600℃에서 200초간 유지시켰다.

탈지 용액의 물성 평가를 하기 위해 KS M 2709법(Ross-Miles법)으로 거품 발생량을 측정하였으며, 유화 분산능은 육안 관찰과 탈지 후에 잔존하고 있는 오일량을 측정하여 평가하였고, 용액의 안정성은 육안으로 관찰하였다.

상기와 같이 탈지 처리된 시편의 탈지성 결과를 하기한 표 1에 나타내었다.

상기한 표 1에 나타낸 바와 같이 탈지 용액을 조성하는 첨가제의 농도가 본 발명의 범위를 만족하는 발명예(발명예 13, 68, 1113, 1618)의 경우에는 탈지성과, 유화 분산능, 그리고 용액의 안정성 및 거품 발생 정도가 모두 우수하게 나타났으나, 첨가제의 농도가 본 발명을 벗어나는 비교예(비교예 4, 5, 9, 10, 14, 15, 19, 20)의 경우에는 상기 특성들을 동시에 만족하지 못함을 알 수 있다.

상기 표 1에서 나타난 발명의 범위 내로 탈지 용액을 조성하여 계면 활성제의 농도별로 탈지 성능을 평가하여 하기한 표 2에 나타내었다.

상기한 표 2에 나타낸 바와 같이 계면 활성제의 농도가 본 발명의 범위 내로 조성된 발명예(발명예 2123)의 경우가 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(비교예 24, 25)보다 탈지성 및 용액의 안정성이 모두 우수함을 알 수 있다.

상기와 같은 성분과 농도로 조성된 본 발명에 따른 탈지 용액은 탈지성이 우수하여 설비 증설 없이 기존의 장치에서 현 탈지 공정의 문제점들을 해결하여 조업 안정화 및 작업성 향상을 이룩하고 탈지 불량에 의한 제품 불량을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 농도비로써, 알킬셀포네이트(alkylsulfonate) : 0.052.0, 알콕실레이트(alkoxilate) : 0.11.0, 무기빌더 : 0.010.5, EDTA : 0.010.1로 조성되는 탈지 첨가제를 용수에 0.21.5함유한 것을 특징으로 하는 합성 에스테르 성분의 압연유로 압연된 강판의 탈지성이 우수한 탈지 용액.
2. 제1항에 있어서, 상기 알킬설포네이트의 더욱 바람직한 농도는 0.10.6이고, 상기 알콕실레이트의 더욱 바람직한 농도는 0.20.5이고, 상기 무기빌더의 더욱 바람직한 농도는 0.10.3이고, 상기 EDTA의 더욱 바람직한 농도는 0.030.08인 것을 특징으로 하는 탈지성이 우수한 탈지 용액.