KR101070127B1 - 상온에서 사용 가능한 알카리 탈지 첨가제 - Google Patents

Abstract

철강회사의 각종 냉연 강판 생산시, 강판의 전처리 세정구간에서 소재 표면의 각종 오일성분 및 오염물질 등을 제거하기 위해 고온탈지제(탈지액의 온도를 80℃이상 승온시켜 사용)를 사용하는 방식과 최근에 개발된 저온탈지제(탈지액의 온도가 60℃에서도 탈지가능)를 사용하는 방식이 혼용되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 기존에 사용중인 탈지액에 일정량 첨가하면 스팀을 전혀 사용하지 않는 20∼40℃의 상온에서도 완벽한 탈지가 가능한 알카리 세정 탈지첨가제에 관한 것이다.
탈지제는 알카리 탈지구간에서의 세정제의 주성분인 알카리제와 냉연 강판 표면에 부착된 오일성분과의 비누화 반응에 의한 탈지를 하게 되는데, 이때 만족할 만한 탈지효율을 얻기 위한 탈지액을 스팀등을 이용하여 비누화 반응이 잘 일어나는 80℃ 이상의 온도로 승온시켜 침적 세정을 하는 고온 탈지제가 사용되며, 최근에는 탈지액에 기능과 성능이 대폭 향상된 특수 계면활성제를 첨가하여 60℃ 온도에서도 탈지하는 저온 탈지제가 사용되고 있는데, 이때 온도를 승온시키거나 일정 온도로 유지시켜 주기 위해서는 다량의 스팀을 공급시켜 줘야 하기 때문에 많은 에너지가 사용되었으며 그 비용 또한 상당하였다.
따라서 본 발명에서는 특화된 음이온 계면활성제와 비이온계 계면활성제 및 특수 가용화제(Solubilizcr)와 세정 보조제가 함유된 새로운 조성물의 탈지첨가제를 제공하여 스팀의 공급 없이도 상온에서 뛰어난 탈지력을 나타내는 상온 탈지 첨가제를 개발한 것이다.
새로운 조성물의 상온 탈지 첨가제는 기존에 사용하던 탈지액을 그대로 사용하면서 0.1∼20중량% 정도의 일정비율로 상온 탈지 첨가제를 첨가할 경우, 스팀공급을 전혀 하지 않는 상온에서도 기존 사용중인 고온 탈지제 보다도 탈지력이 우수할 뿐만 아니라 거품 발생이 없어 사용시 쾌적한 작업 환경 제공은 물론 에너지 절감을 통한 막대한 경제적 이득을 기대할 수 있는 혁신적인 세정 첨가제로서 저탄소, 녹색 환경 산업에 매우 중요한 의미를 가진다.

Description

상온에서 사용 가능한 알카리 탈지 첨가제{alkali degrease additive usable at room temperature}

본 발명은 냉연강판의 각종 전처리공정에 쓰이고 있는 기존의 고온탈지제나 저온탈지제 또는 농도 10∼30중량%로 되는 NaOH 용액으로 되는 탈지제에 0.1∼20중량% 범위로 첨가하여 탈지탱크내의 탈지액의 온도가 20∼40℃의 상온에서도 완벽한 탈지가 가능하도록 하는 상온에서 사용 가능한 알카리 탈지 첨가제에 관한 것이다.

일반적으로 제철소 냉연공장에서 냉연 완제품을 생산하기 위해서는 냉간압연공정중에 강판 표면에 도포한 압연유나 가공을 완료한 냉연강판 표면의 부식 및 녹발생을 원천적으로 방지하기 위하여 도포하는 방청유와 같은 오일성분들을 먼저 전처리로서 탈지공정에서 알카리 탈지액으로 스트립의 표면을 깨끗하게 세정한다. 이 때 탈지공정은 크게 침적 탈지 구간, 전해 탈지 구간, 수세구간, 건조 구간 등 4단계로 나누어지는데, 이들 구간 중 탈지에 밀접한 관련이 있는 침적 탈지 구간과 전해 탈지 구간은 알카리 용액을 사용하여 세정을 한다. 이때 스트립 표면에 묻어 있는 압연유 및 오일, 유기물 등은 탈지제의 주성분인 알카리 용액과의 비누화 반응을 통하여 비누가 생성되면서 세정되게 되며, 이 경우 세정력은 탈지액의 온도에 매우 크게 영향을 받으며, 통상적으로 비누화 반응이 원활하게 이루어지는 80℃ 이상의 온도에서 작업하였을 때, 우수한 세정성을 나타낸다.

더욱 상세하게는 한국공개특허 2003-0054383에는 온도별 탈지율의 차이를 실험을 통하여 나타내고 있다. 한국공개특허 2006-0072352호와 한국공개특허 2003-0054383호에서는 고온탈지를 저온탈지가 가능함에 대한 계면활성제 및 기타 첨가제에 대한 부분을 자세히 설명하고 있으나, 이 또한 작업온도가 55℃에서 65℃로 스팀이 필요한 온도이다.

일반적인 알카리 탈지 용액은 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 탄산 나트륨 등의 알카리에 계면활성제, 빌더, 금속 이온 봉쇄제, 소포제 등이 들어 있는 탈지액을 스팀공급을 통하여 가온하여 작업을 하게 되는데 온도조건이 잘 맞지 않아 세정이 완벽하게 이루어지지 않을 경우, 소둔로 혹은 롤에 스트립 표면의 세정 잔유물이 남아 오염을 시킴으로 그 오염물들로 인해 스트립 표면에 덴트, 긁힘, 미끄러짐등이 나타날 수 있으며, 후처리 공정인 도금공정, 도장공정에서 도금 및 도장물질의 박리가 발생되어 완제품의 불량 발생요인이 되어 왔다.

저온 작업시 비누화 반응의 적정 온도에 미치지 못함으로 스트립 표면에서 박리된 오일들이 탈지액 상부에 분리되어 스트립의 재오염을 일으킨다.

이것을 최소화하기 위한 여러가지 첨가제들이 현재 사용되고 있으며 이것의 선택이 매우 중요하다.

이러한 재오염의 문제점을 한국 공개 특허 2003-0054383에서 온도 변화에 따른 표면 오염물의 세정 정도를 나타내고 있다.

최근에 철강회사의 알카리 탈지공정에서 범용적으로 저온탈지제(한국공개특허 2003-0054383)가 사용되고 있으나, 이 또한 스팀의 사용으로 60℃ 이상에서 탈지가 이루어지고 있으므로, 이때 60℃이상의 온도를 올리기 위한 에너지 낭비와 고온다습한 작업환경으로 설비등의 노후화 및 작업자의 작업환경의 불쾌함, 환경오염 등의 문제점들을 지니고 있었다, 그러나 스트립 표면에 묻어 있는 유기물은 크게 식물유와 광물유로 이루어져 있으며, 이것은 친유성을 띄고 있어 알카리 성분이 수산화나트륨등(가성소다)과 혼합되면 화학반응에 의해 친수화 고리로 바뀌게 되어 스트립 표면에서 쉽게 제거될 수 있지만, 화학반응이 쉽게 일어날 수 있도록 하기 위해서는 탈지용액을 특정온도(60℃ 이상)로 유지시켜 주어야 하며, 만약 이 과정에서 온도유지가 적정치 못하게 되면, 이 반응의 부족으로 도 1의 순환 공정에서 미 반응된 친유성 물질들이 순환공정의 상부에 부유하여 2차 재오염을 일으킨다

본 발명은 20∼40℃의 상온에서 탈지작업이 가능하고 가존의 탈지제에 1.0∼20중량% 범위로 첨가하여 에너지를 절감하면서 친환경적으로 완벽한 탈지가 이루어지는 알카리 탈지 첨가제를 얻고자 하는 것이다.

본 발명은 앞서 설명한바와 같은 종래 탈지제와 탈지 공정의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 기존에 사용하던 고온탈지제나 저온탈지제의 종류에 상관없이 기존에 사용하는 탈지제에 0.1∼20중량% 범위로 첨가할 시 탈지액의 온도를 승온시키기 위한 별도의 스팀 공급이 없이 20∼40℃의 상온조건에서 특화된 계면활성제들의 유화, 분산작용과 오일성분들의 가용화 능력을 극대화한 가용화제들이 가용화 능력에 의해 완벽한 탈지가 가능한 상온 탈지 첨가제를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 일반적으로 알카리 탈지제를 사용하는 공정에서 탈지액의 온도가 20∼40℃의 온도의 상온에서 탈지한다는 것은 불가능한 것으로 여겨왔지만 그것은 20∼40℃ 온도조건에서는 비누화 반응이 전혀 일어나지 않기 때문에 새로운 탈지원리가 도입되지 않고서는 불가능한 일이다.

본 알카리 탈지 첨가제에서는 강판 표면에 오염된 오염물질인 기름성분들을 비누화반응이 아닌 잘 조합된 계면활성제들의 유화, 분산작용을 이용하여 강판 표면으로부터 오염물질들을 분리시켜 낸 후, 가용화제들의 작용을 통하여 분리된 오일성분들을 탈지제 속으로 완전히 용해되도록 하여 2차 오염을 방지할 수 있도록 하였다.

따라서 고온탈지제나 저온탈지제가 갖는 비효율적인 에너지 사용을 획기적으로 보완하여 에너지 사용을 획기적으로 절감할 수 있도록 한 상온 탈지 첨가제를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명을 통하여 제공되는 상온 탈지 첨가제는 특수 음이온계 계면활성제가 포함된 구성 성분들의 작용에 의해 기존의 고온 및 저온탈지제가 갖고 있는 온도 하락 시 비누화 반응 미비, 탈지력 저하, 유화불안정으로 인한 압연유, 유기물 등의 상층부 부유 등에 의한 결합발생 문제들을 해결하고 에너지 절감으로 인한 환경 개선을 가능하게 도와준다.

본 발명은 상기 발명의 구성 및 작용에서 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 실시를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 본 발명에 따른 탈지 공정의 평면도
도 2는 본 발명에 의한 탈지력 측정 결과표이다.

본 발명은 기존 사용중인 탈지용액 원액양의 0.1∼20중량% 범위로 첨가한 후, 전해탈지 구간과 침적탈지 구간의 순환으로 25∼40℃에서 스트립을 탈지하도록 하는 것을 특징으로 하는 알카리 탈지 첨가제이다.

또한 본 발명을 통하여 제공되는 알카리 탈지 첨가제는 뛰어난 세정력 및 에너지 절감 효과를 나타내는 것을 특징으로 하는 알카리 탈지 첨가제로서 본 발명의 구성물은 구성물 총량을 100중량%로 했을 때, 소디움올레이트 10∼25중량%, 소디움스테아레이트 5∼15중량%, 소디움팔미테이트 5∼15중량%, 소디움라우레스설페이트 1∼10중량%, 암모니움라우릴설페이트 1∼5중량%, EDTA-4Na 5∼10중량%, 포타시움하이드록사이드 5∼10중량%, 폴리옥시에틸렌라우릴설페이트 2∼5중량%, 소포제 1∼3중량%, 나머지 물 로 구성된 것을 특징으로 하는 알카리 탈지 첨가제이다.

본 발명의 알카리 탈지 첨가제는 상온 탈지 첨가제로 25∼40℃의 상온하에서 스트립의 탈지가 가능하게 된다.

본 발명의 알카리 탈지 첨가제는 구성 성분들의 첨가량(함유량)이 한정되며, 그 이유는 중량%로 가용화제의 주성분으로 사용된 소디움올레이트와 소디움스테아레이트, 소디움팔미테이트는 그 함유량이 각각 10중량%, 5중량%, 5중량% 이하일 경우, 사용시 희석비가 적어 과량 사용되는 문제점이 있으며, 25중량%, 15중량%, 15중량% 이상의 경우에는 계면활성제의 안정성이 떨어져 층분리 부유등의 문제가 발생하며, 소디움라우레스설페이트는 강판 표면에 탈지용액의 젖음성을 좋게 하여 유화작용(유화)을 촉진시키는 역활을 하며, 그 함유량이 1중량% 이하일 경우에는 젖음성 속도가 늦어져 탈지력이 저하되며, 10중량% 이상일 때에는 거품이 과량 발생하여 현장작업에 문제를 야기시킬 뿐만 아니라, 제품생산시 용해도가 떨어져 석출 혹은 충분리의 문제가 발생하게 되므로 1∼10중량% 첨가됨이 바람직하다.

암모니움라우릴설페이트는 탈지액의 표면장력을 저하시켜 삼투, 유화 및 분산작용을 촉진하여 탈지력을 향상시킨다.

그러나 함유량이 1중량% 이하가 되면 삼투작용이 떨어지고, 5중량% 이상일 경우에는 분산작용과 거품 발생량이 과다하여 성능이 저하되므로 첨가량은 1∼5중량%가 적당하다.

킬레이트제인 EDTA-4Na는 탈지과정에서 강판 표면의 산화변색을 방지하는 작용을 하게 된다. 그러나 그 함유량이 5중량% 이하일 경우에는 산화변색의 방지력이 급격히 떨어지며, 10중량% 이상일 때에는 가성소다용액의 젖음성을 저하시키게 되므로 5∼10중량% 첨가함이 바람직하다. 포타시움하이드록사이드는 전기전도도 증가 및 비누화반응을 활성화시키는 역할을 하지만 함유량이 5중량% 이하일 경우에는 전기 전도도가 떨어지게 되고, 10중량% 이상일 때에는 알카리 농도가 너무 높아 제품의 안전성을 저하시킴으로 5∼10중량%로 첨가함이 바람직하다.

소포제는 탈지 과정에서 거품발생을 억제시키는 역할을 하는 것으로 그 첨가량이 1.0중량% 이하일 경우에는 거품발생 억제율이 급격히 떨어지고, 3중량% 이상일 경우에는 유화작용을 방해하게 되므로 1.0∼3.0중량%로 첨가함이 적당하다.

폴리옥시에틸렌 라우릴설페이트는 전해 탈지 구간에서 압연유 및 유기물과의 유화력이 우수하여 전해탈지 구간의 재오염 및 오염물의 부유를 막아줌으로써 2차 오염을 방지하는 역할을 한다.

그 첨가량이 2중량% 이하일 경우, 전해 탈지 구간에서의 유화력이 급격히 떨어지며 5중량% 이상일 경우 전해 탈지 구간의 전기 분해시 거품 발생량이 과다하여 사용이 어려우므로 2∼5중량%의 첨가가 적당하다.

상술한 구성을 참고하여 본 발명의 탈지방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 상온 탈지 첨가제는 기존 사용중인 고온탈지제나 저온탈지제에 0.1∼20중량% 첨가시, 냉간압연된 스트립 표면에 잔류하고 있는 압연유 성분 및 철분을 제거하게 된다.

즉, 습윤, 침투작업을 하는 소디움라우레스설페이트는 스트립 표면에 부착된 오염물질들에 침투하여 가성소다용액의 젖음성을 좋게 하여 유화작용을 촉진시켜 탈지력을 향상시키는 작용을 하게 된다.

탈지액의 표면장력을 저하시켜 삼투, 유화, 분사작용을 하는 암모니움라우릴설페이트와 폴리옥시에틸렌 라우릴설페이트는 고체와 액체간의 계면에 흡착되어 계면에너지를 감소시켜 고체와 액체간에 존재하는 고유의 열역학적 불안정도를 감소시키고, 이온 해리성 용액 중에서 ζ-전위를 증가시켜 분산입자간 정전기적 반발력 증대에 의한 상호응집을 저지하게 된다.

또한 고체 분산입자에 흡착되어 입자주변에 용매화층을 형성하여 분산입자들이 용접하는 것을 방지시키는 작용을 하게 된다.

소디움올레이트는 전해 탈지 구간에서 전해 탈지 구간의 그리드와 스트립 표면의 사이에서 존재하여 압연유 및 유기물의 유화 가용화 작용을 하게 된다. 뿐만 아니라 상온탈지제의 구성 성분 중 소디움스테아레이트, 소디움팔미테이트는 한 액체를 그와 혼합되지 않는 다른 액체 중에 미세한 입자로 분산시키는 유화작용을 하게 된다.

그리고 성분중의 포타시움하이드록사이드 등은 물에 잘 녹지 않는 난용성 물질인 탄화수소, 지방산, 금속비누 등의 물에 대한 용해도를 증가시켜 주는 가용화작용을 하게 된다. 상기 가온화작용은 난용성 물질들이 상온탈지제가 형성한 입자중에 확산되어 입자간의 자유에너지를 저하시켜 안정한 용액을 형성함으로써 이루어진다.

비누화 반응으로 볼 때 친유기 고리로 구성된 스트립 표면 압연유의 성분을 물에 녹기 쉬운 친수기 고리를 갖는 성분으로 바꾸어 줌으로써 스트립 표면에 남아 있는 압연유 성분을 용액과 혼합된 물에 녹여 표면의 압연유를 제거 표면의 청정 성분을 얻을 수 있도록 작용하게 된다.

이하 실시예를 통하여 상온 탈지 첨가제의 효과에 대하여 설명한다.

기존의 고온탈지제 및 저온탈지제를 사용하는 탈지 공정에 상온 탈지 첨가제를 투입 전의 온도에 따른 탈지력 변화를 백색도를 기준으로 측정하였으며 그 결과를 표1에 나타내었다

기존의 고온탈지제 및 저온탈지제를 사용하는 탈지 공정에 상온 탈지 첨가제 농도를 증가시켜 가면서 30℃의 온도에서 탈지력 변화를 백색도를 기준으로 측정하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다. 측정결과 상온 탈지 첨가제의 농도가 증가할 수 있도록 탈지력은 증가하였으나 상온 탈지첨가제의 첨가 농도 0.1∼20중량%로 한정한 이유는 0.1중량% 이하의 농도에서는 탈지력이 저하되어 결합이 발생될 수 있으며, 20중량%이상의 농도에서는 탈지력은 증대되나 거품발생량이 증가하여 환경에 문제가 발생될 수 있으며, 과다투입으로 인한 원가상승으로 제품 생산단가가 올라가는 문제점이 있기 때문이다.

1 : 침적탈지 탱크 2 : 전해 탈지 탱크
3 : 상온탈지제 탱크 4 : 침적탈지탱크 순환 탱크
5 : 전해탈지탱크 순환 탱크

Claims (1)

1. 철강공장 탈지라인에서 사용중인 기존의 고온탈지제나 저온탈지제 그리고 농도 10∼30중량% NaOH용액을 포함하는 탈지제에 0.1∼20중량% 범위로 첨가하여 20℃∼40℃의 상온 조건하에서 뛰어난 세정력 및 에너지 절감 효과를 나타낼 수 있도록 하는 알카리 탈지첨가제이며 알카리 탈지 첨가제는 그 구성물을 100중량%로 했을 때 소디움올레이트 10∼25중량%, 소디움스테아레이트 5∼15중량%, 소디움팔미테이트 5∼15중량%, 소디움라우레스설페이트 1∼10중량%, 암모니움라우릴설페이트 1∼5중량%, EDTA-4Na 5∼10중량%, 포타시움하이드록사이드5∼10중량%, 폴리옥시에틸렌라우릴설페이트 2∼5중량%, 소포제 1∼3중량%와 나머지 물 로 구성되는 것을 특징으로 하는 상온에서 사용가능한 알카리 탈지 첨가제

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