KR100241279B1

KR100241279B1 - 내경수성 부동액 조성물

Info

Publication number: KR100241279B1
Application number: KR1019970044745A
Authority: KR
Inventors: 박주천
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사
Priority date: 1997-08-30
Filing date: 1997-08-30
Publication date: 2000-02-01
Also published as: KR19990021217A

Abstract

본 발명은 경수와 반응하여도 침전이 생기지 않는 내경수성 부동액 조성물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 에틸렌 글리콜에 아민, 인산염 및 붕산염이 포함되지 않은 카르복실계 금속 부식방지제, 동계 부식방지제 및 알루미늄 부식방제제 등을 첨가하여 엔진 냉각 장치를 구성하는 각종 금속을 부식시키지 않는 내경수성 부동액 조성물에 관한 것으로, 상기 부동액 조성물을 이용하면 석회질이 많은 물 또는 지하수 등으로 희석하여 부동액을 용이하게 교환할 수 있다.

Description

내경수성 부동액 조성물

본 발명은 경수와 반응하여도 침전이 생기지 않는 내경수성 부동액 조성물에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 본 발명은 에틸렌 글리콜에 아민, 인산염 및 붕산염이 포함되지 않은 카르복실계 금속 부식방지제, 동계 부식방지제 및 알루미늄 부식방제제 등을 첨가하여 엔진 냉각 장치를 구성하는 각종 금속을 부식시키지 않는 내경수성 부동액 조성물에 관한 것으로, 상기 부동액 조성물을 이용하면 석회질이 많은 물 또는 지하수 등으로 희석하여 부동액을 용이하게 교환할 수 있다.

엔진을 냉각하여 과열을 방지하고 적당한 온도를 유지하는 장치를 엔진 냉각 장치 (cooling system)라 한다. 엔진 실린더 내에 연소가스의 온도는 2000℃ 이상에 달하여 이 열의 상당량이 실린더, 실린더 헤드, 피스톤 등에 흡수된다. 이들 부분의 온도가 과도하게 상승하면 실린더가 변형되거나 실린더 벽의 유막이 파괴되어 윤활이 불량해지며 심한 경우 엔진이 손상된다. 이외에도, 연소 상태가 나빠져 노킹이나 조기 점화가 유발되고 출력이 급격히 저하된다. 한편 엔진이 지나치게 냉각되는 경우 엔진의 열효율이 저하되어 연료의 소비가 증대되고, 실린더 중에서 가솔린의 무화가 불충분한 혼합기가 공급되기 때문에 가솔린에 의해 엔진 오일이 묽게 되며 실린더의 마모를 촉진시킨다.

엔진을 냉각시키는 방식에는 외기를 이용하여 엔진의 외부를 직접 냉각하는 공랭식 (air cooling type) 및 냉각수를 엔진 내부로 순환시켜 냉각하는 수냉식 (water cooling type)이 있다.

수냉식은 워터 펌프에 의해 냉각수를 실린더 블록 및 실린더 헤드에 워터 재킷으로 냉각수를 라디에이터로 끌어들여 방열하며 데워진 물은 다시 펌프를 이용하여 순환시키는 방식이다. 또한, 워터 펌프에는 팬이 설치되어 있어서 냉각수를 강제적으로 라디에이터로 보내 외기와 접촉시킴으로 방열 효과를 좋게 하고, 워터 재킷과 라디에이터 사이에는 서모스탯이 설치되어 있어서 온도에 따라 냉각수의 순환 경로를 변환시킨다. 공랭식은 실린더의 주변에 쿨링 핀을 설치하여 이것에 외기를 접촉시키든가 팬으로 외기를 강제적으로 내보내 엔진의 열을 방출시키는 방식으로, 실린더 수가 적은 엔진에 사용된다.

상기한 수냉식 방식에서 엔진의 냉각에는 지금까지 대부분 물이 사용되어 왔지만 차량의 경량화와 냉각 효과의 향상 등을 위하여 엔진과 라디에이터에 알루미늄 합금이 사용되면서 물에 의한 부식과 방청이 많아지게 되었다. 따라서 방청· 방식제 및 동결방지제 등을 첨가한 냉각수를 사용하게 되었고 이는 종래의 냉각수와 비교하여 냉각액으로 부르게 되었다. 이와 같은 냉각액을 롱 라이프 쿨런트 (long life coolant, L.L.C)라고 하며, 이중에서 특히 동결 방지를 목적으로 한 것을 부동액 (antifreezing solution)이라고 한다.

우선, 롱 라이프 쿨런트는 에틸렌 글리콜에 특수한 방청제, 방부제 및 산화억제제 등을 첨가한 장수명형으로 냉각 계통 각 부분의 금속 부식을 장기간에 걸쳐 방지함과 동시에 겨울철의 동결, 여름철의 오버 히트를 방지하는 성능이 있다.

또한, 물은 0℃가 되면 빙결하여 부피가 약 1할 정도 팽창하므로 추운 날씨에서 장시간 주차하는 경우 냉각수를 빼놓지 않으면 라디에이터와 실린더 블록을 파손하는 경우가 있다. 따라서 매번 물을 빼는 수고를 덜기 위하여 겨울철에는 냉각수 중에 부동액이라는 빙점이 낮은 약품을 혼합하여 사용한다.

구체적으로, 부동액에는 에틸렌 글리콜에 청색과 적색의 염료와 안정제를 넣은 퍼머넨트형과 이것에 알콜을 첨가한 세미 퍼머넨트형이 있다. 어느 형이든 물의 혼합 비율에 의하여 임의대로 빙점을 변경할 수 있지만 보통 전 수량의 30% 정도의 부동액을 혼합한다. 알콜을 첨가한 세미 퍼머넨트형은 가격이 싸지만 사용 중에 발열 손실이 크므로 여분을 주입하거나 보충해야 하는 단점이 있고, 퍼머넨트형은 고가이기는 하지만 알콜을 첨가하지 않으므로 빙점이 내려갈 뿐만 아니라 장기간 연속하여 사용하여도 부동액이 증발하지 않는 장점이 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 부동액은 동절기에 엔진 냉각액의 동결을 방지하고 엔진 냉각 장치를 구성하는 알루미늄, 철, 강 및 황동 등을 포함한 각종 금속의 부식을 방지한다. 자동차용 부동액이 나타내는 상기 동결방지 성능은 부동액의 농도를 표시하는 주성분인 에칠렌 글리콜에 의해 좌우되므로 우수한 부동액을 제조하는데는 기술적인 어려움이 없다. 그러나 부동액이 나타내는 부식 방지 성능은 금속 부식 방지제로 사용되는 첨가제의 종류, 사용량 및 열화 속도 등에 의하여 결정되므로 이를 변화시키면 상기 부식 방지 성능을 크게 개선시킬 수 있다.

또한, 석회질이 많은 지역 또는 지하수를 사용하는 지역에서 부동액을 교환하는 경우에 경수를 사용하여 희석하여야 하는데 현재 사용되고 있는 부동액은 경수 내에 포함된 칼슘 이온 등이 부동액 내의 첨가제와 결합하여 침전물을 형성하므로 상기 부식 방지 성능이 상실되는 문제점이 있었다. 구체적으로, 종래의 부동액에 사용되는 첨가제로서 아민은 철계 금속에 대한 방식성은 우수하지만 동계 부품에 대한 부식성이 강하고 수명이 짧으며 발암 물질을 생성할 수 있고, 인산염은 경수에 대한 반응성이 커서 침전이 생기면 금속 부품에 대한 방식성이 없어지며, 붕산염은 철계 금속에 대한 방식성은 우수하여도 전열면에 사용되는 알루미늄에 대한 방식성은 좋지 못한 단점이 있었다.

이에 본 발명자들은 엔진 냉각 장치 내의 금속을 부식시키지 않는 내경수성 부동액 조성물을 얻기 위하여, 에틸렌 글리콜에 아민, 인산염 및 붕산염이 포함되지 않은 카르복실계 금속 부식방지제, 동계 부식방지제 및 알루미늄 부식방지제 등을 적절한 비율로 첨가하여 경수와 반응하여도 침전이 생기지 않는 내경수성 부동액 조성물을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 경수와 반응하여도 침전이 생기지 않아 금속을 부식시키지 않는 내경수성 부동액 조성물을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에틸렌 글리콜에 아민, 인산염 및 붕산염이 포함되지 않은 카르복실계 금속 부식방지제, 동계 부식방지제 및 알루미늄 부식방지제 등을 적절한 비율로 첨가한 내경수성 부동액 조성물을 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 일반적으로 사용되어 온 금속을 부식시키는 첨가제 및 경수와 반응하는 첨가제 등을 사용하지 않아 수명이 긴 새로운 내경수성 부동액 조성물을 제공한다.

본 발명은 종래의 부동액에 사용되어 온 아민, 인산염 및 붕산염 등이 포함되지 않은 카르복실계 금속 부식방지제, 동계 부식방지제 및 알루미늄 부식방지제 등을 에틸렌 글리콜에 첨가하여 내경수성 부동액 조성물을 제조한다.

구체적으로, 본 발명은 카르복실계 금속 부식방지제로 열화 속도가 늦어 쉽게 고갈되지 않은 소듐 벤조에이트 (sodium benzoate) 및 소듐 숙시네이트 (sodium succinate)를 사용하고, 동계 부식방지제로 트라이아졸 (triazole)계 첨가제를 사용하며, 알루미늄 부식방지제로 무기 첨가제인 소듐 실리케이트 (sodium silicate), 소듐 나이트레이트 (sodium nitrate) 및 소듐 몰리브데이트 (sodium molibdate)을 사용한다.

이외에도 본 발명의 내경수성 부동액 조성물은 무기계 첨가제를 녹이기 위한 이온교환수, 색소, 소포체 등을 포함한다.

이 때 트라이아졸계 첨가제는 고갈 속도가 빠르므로 기존의 부동액에 첨가되는 양보다 높여 사용하는 것이 바람직하고, 특히 벤조트라이아졸 (benzotriazol) 또는 토릴 트라이아졸 (tolyl triazole)을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 무기 첨가제는 겔화에 의하여 이물질이 생성되는 것을 차단하기 위하여 그 양을 줄여 첨가하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 본 발명은 에틸렌 글리콜을 주성분으로 하고 이에 카르복실계 금속 부식방지제인 소듐 벤조에이트를 2-5% 로, 소듐 숙시네이트 (sodium succinate) 는 0.5-1.5% 로, 동계 부식방지제인 트라이아졸 (triazole)계 첨가제는 0.3-0.8% 로, 알루미늄 부식방지제인 소듐 실리케이트 (sodium silicate)는 0.3-0.7% 로, 소듐 나이트레이트는 0.3-0.6% 로, 소듐 몰리브데이트는 0.2-0.5% 로 첨가한 부동액 조성물을 제공한다. 특히, 트라이아졸 첨가제로 사용되는 벤조트라이아졸은 0.15-0.5% 로, 토릴 트라이아졸은 0.15-0.4% 로 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 이외에도, 상기 무기계 첨가제를 녹이기 위한 이온교환수는 3.5%, 실리콘 소포제는 0.2% 로 첨가하여 사용한다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

〈실시예 1〉

본 발명은 에틸렌 글리콜에 소듐 벤조에이트 2.0%, 소듐 숙시네이트 1.3%, 소듐 실리케이트 0.4%, 벤조트라이아졸 0.35%, 토릴트라이아졸 0.25%, 소듐 나이트레이트 0.6%, 소듐 몰리브데이트 0.3% 및 기타 성분인 무기계 첨가제를 녹이는 이온교환수 3.5%, 실리콘 소포체 0.2% 를 포함하는 자동차용 부동액 조성물을 제조하였다.

〈실시예 2〉

본 발명은 에틸렌 글리콜에 소듐 벤조에이트 2.8%, 소듐 숙시네이트 1.0%, 소듐 실리케이트 0.35%, 벤조트라이아졸 0.4%, 토릴 트라이아졸 0.2%, 소듐 나이트레이트 0.5%, 소듐 몰리브데이트 0.4% 및 기타 성분인 무기계 첨가제를 녹이는 이온교환수 3.5%, 실리콘 소포체 0.2% 를 포함하는 자동차용 부동액 조성물을 제조하였다.

〈실시예 3〉

본 발명은 에틸렌 글리콜에 소듐 벤조에이트 3.0%, 소듐 숙시네이트 1.2%, 소듐 실리케이트 0.35%, 벤조트라이아졸 0.4%, 토릴 트라이아졸 0.3%, 소듐 나이트레이트 0.5%, 소듐 몰리브데이트 0.25% 및 기타 성분인 무기계 첨가제를 녹이는 이온교환수 3.5%, 실리콘 소포체 0.2% 를 포함하는 자동차용 부동액 조성물을 제조하였다.

〈비교예 1〉

본 발명은 에틸렌 글리콜에 소듐 벤조에이트 1%, 벤조트라이아졸 0.3%, 소듐 나이트레이트 0.5%, 소듐 몰리브데이트 0.2%, 소듐 보레이트 0.5%, 포타슘 포스페이트 0.6% 및 기타 성분인 무기계 첨가제를 녹이는 이온교환수 3.5%, 실리콘 소포체 0.2% 를 포함하는 자동차용 부동액 조성물을 제조하였다.

〈비교예 2〉

본 발명은 에틸렌 글리콜에 소듐 벤조에이트 1%, 벤조트라이아졸 0.2%, 소듐 나이트레이트 0.4%, 소듐 몰리브데이트 0.3%, 소듐 보레이트 0.55%, 포타슘 포스페이트 0.5% 및 기타 성분인 무기계 첨가제를 녹이는 이온교환수 3.5%, 실리콘 소포체 0.2% 를 포함하는 자동차용 부동액 조성물을 제조하였다.

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 자동차용 부동액의 조성을 표 1 에 정리하여 나타내었다.

조성 성분	배합 조성비 (중량%)
조성 성분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
소듐 벤조에이트	2.0	2.8	3.0	1	1
소듐 숙시네이트	1.3	1.0	1.2	-	-
소듐 실리케이트	0.4	0.35	0.5	-	-
벤조트라이아졸	0.35	0.4	0.4	0.3	0.2
토릴트라이아졸	0.25	0.2	0.3	-	-
소듐 나이트레이트	0.6	0.5	0.5	0.5	0.4
소듐 몰리브데이트	0.3	0.4	0.25	0.2	0.3
소듐 보레이트	-	-	-	0.5	0.55
포타슘 포스페이트	-	-	-	0.6	0.5

〈시험예〉 내경수성 시험

상기 실시예에서 제조한 부동액 조성물이 내경수성 부동액으로 적합한가를 판단하기 위하여, 종래의 기술로 제조되어 사용되는 부동액 2종류와 함께 KSM 2142 부동액 시험 방법 중 금속 부식성 시험 및 순환 부식성 시험을 수행하여 그 결과를 비교하였다.

금속 부식을 방지하는 성능을 확인하기 위하여, 일반적으로는 규격에 의한 부식액을 만들어 부동액에서 농도를 30% 로 하는 반면, 본 발명은 이온교환수 1000ml 에 염화칼슘 200mg 을 혼합한 인공 경수로 규격에 의한 부식액을 만들어 부동액에서 농도를 20% 로 하여 336 시간 동안 상기 금속 부식성 시험을 수행하였다 (표 2 참조).

또한, 본 발명은 상기와 동일한 방법으로 20% 농도로 98℃에서 1000시간 동안 순환 부식성 시험을 수행하여 그 성능을 비교하였다 (표 3 참조). 일반적인 순환 부식 시험은 30% 농도로 88℃ 에서 수행된다.

시험 항목	요구 사항	시험 결과
시험 항목	요구 사항	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
동결 온도 ℃	50v/v% 수용액	-34.0 이하	-35.5	-36.5	-36.0	-36.0	-36.5
동결 온도 ℃	30v/v% 수용액	-14.5 이하	-15.5	-16.0	-16.0	-16.0	-16.5
pH	7.0-11.0	7.8	7.6	8.4	7.3	8.7
예비 알칼리도	원액	보고	8.6	8.5	9.2	7.5	13.6
금속 부식성20v/v%88±2℃336±2시간	시험 금속무게 변화 (mg/cm²)	동	±0.15 이내	-0.04	+0.02	-0.07	-0.29	-0.27
		땜납	±0.30 이내	+0.02	-0.03	-0.06	-0.18	-0.43
		황동	±0.15 이내	-0.02	+0.04	-0.06	-0.36	-0.12
		강	±0.15 이내	-0.03	-0.01	-0.03	-0.17	-0.26
		주철	±0.30 이내	-0.07	-0.06	+0.03	-0.62	-0.47
		알루미늄 주물	±0.30 이내	-0.06	-0.03	-0.05	-0.32	-0.26
		겉 모양	시험편 접촉부 이외에 육안으로 식별되는 부식 없음	부식 없음	부식 없음	부식 없음	알루미늄 주철 부식	알루미늄 주철, 강 부식
	시험 중의 기포	냉각기에 기포가 넘치지 않을 것	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음	이상 없음
	시험 후 액의 성상	pH	6.5-11.0	7.4	7.1	7.9	6.3	7.2
		pH 변화	±1.0 이내	-0.4	-0.5	-0.5	-1.0	-1.5
		예비 알칼리도 변화 %	보고	12	10	15	27	36

시험 항목	요구 사항	시험 결과
시험 항목	요구 사항	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
순환 부식성20v/v%98±2℃1000±2시간	시험 금속무게 변화 (mg/cm²)	동	±0.30 이내	-0.03	-0.05	-0.05	-0.21	-0.43
		땜납	±0.60 이내	-0.06	-0.12	-0.04	-0.41	-0.35
		황동	±0.30 이내	-0.09	-0.04	-0.07	-0.18	-0.26
		강	±0.30 이내	-0.07	-0.03	-0.05	-0.26	-0.31
		주철	±0.60 이내	-0.06	-0.09	-0.06	-0.42	-0.36
		알루미늄 주물	±0.60 이내	-0.12	-0.08	-0.05	-0.72	-0.53
		겉모양	시험편 접촉부 이외 육안으로 식별되는 부식 없음	부식 없음	부식 없음	부식 없음	알루미늄 주철, 강 부식	알루미늄주철, 강, 땜납 부식
	시험 후의 액의 성상	pH	7.0-9.0	7.2	7.0	7.6	6.2	6.9
		pH 변화	±1.0 이내	-0.6	-0.6	-0.8	-1.1	-1.8
		예비 알칼리도 변화 %	보고	16	14	17	33	38

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 부동액 조성물은 에틸렌 글리콜에 더하여 아민, 인산염 및 붕산염이 포함되지 않은 카르복실계 금속 부식방지제, 동계 부식방지제 및 알루미늄 부식방제제 등을 첨가하여 경수와 반응하여도 침전이 생기지 않고 엔진 냉각 장치를 구성하는 각종 금속을 부식시키지 않는 내경수성이 우수하므로, 상기 부동액 조성물은 석회질이 많은 물 또는 지하수 등으로 희석하여 교환될 수 있어 매우 유용하다.

Claims

에틸렌 글리콜, 색소, 소포제, 이온교환수에 더하여 아민, 인산염 및 붕산염이 포함되지 않은 카르복실계 금속 부식방지제, 동계 부식방지제 및 알루미늄 부식방지제로 구성되는 내경수성 부동액 조성물.
제 1항에 있어서, 카르복실계 금속 부식방지제로 소듐 벤조에이트 및 소듐 숙시네이트, 동계 부식방지제로 트라이아졸계 첨가제, 알루미늄 부식방지제로 소듐 실리케이트, 소듐 나이트레이트 및 소듐 몰리브데이트를 포함하는 내경수성 부동액 조성물.
제 2항에 있어서, 소듐 벤조에이트 2-5%, 소듐 숙시네이트 0.5-1.5%, 트라이아졸계 첨가제 0.3-0.8%, 소듐 실리케이트 0.3-0.7%, 소듐 나이트레이트 0.3-0.6%, 소듐 몰리브데이트 0.2-0.5% 를 첨가한 내경수성 부동액 조성물.
제 2항 및 제 3항에 있어서, 트라이아졸계 첨가제는 벤조트라이아졸 및 토릴 트라이아졸을 포함하고, 바람직하게는 벤조트라이아졸 0.15-0.5%, 토릴트라이아졸 0.15-0.4% 를 첨가한 내경수성 부동액 조성물.