KR101618863B1 - 수계 중성 녹제거용 조성물 - Google Patents

수계 중성 녹제거용 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수계 녹제거용 조성물에 관한 것으로 금속염 황화합물 또는 암모늄 황화합물로 이루어진 킬레이트제; 및 증류수를 포함함으로써, pH가 6.5 내지 7.5의 중성이므로 금속 구조물에 형성된 녹을 제거 시 금속 구조물의 표면이 손상되지 않도록 하고 친환경적이며, 녹을 제거하는 속도가 빠르다.

Description

수계 중성 녹제거용 조성물{Water-based neutral rust remover composition}
본 발명은 중성이므로 금속 구조물에 형성된 녹을 제거 시 금속 구조물의 표면이 손상되지 않도록 하며 녹을 제거하는 속도가 빠른 수계 중성 녹제거용 조성물에 관한 것이다.
금속 구조물의 재가공 상에 있어서도 산화 녹이 많이 발생한 경우 재사용이 불가능하여 투입되는 양에 비하여 재사용할 수 있는 양을 극히 적어 효율성이 많이 떨어져 재가공 대비 효율성이 높지 않아 가공공장에서는 입고 자체를 받지 않는 실정이며, 이에 따라 금속 구조물 사이사이에 산화가 많이 진행된 오래된 금속 구조물을 넣어 입고하는 문제 등이 자주 발생하기도 한다.
일반적으로 금속 구조물은 부식에 따른 내구성의 감소, 기능의 저하 등을 방지하기 위한 방법으로 금속 구조물의 표면을 페인트로 도장하여 보호하고 있지만 이는 도막의 균열로 인해 부식이 진행되면 녹슬어 있는 부분을 케링작업 후 도장하여야 하므로 많은 경제적 비용 및 시간이 소요된다.
금속 구조물의 녹을 제거하는 다른 방법으로는 금속 구조물을 알칼리, 염산 및 황산 등의 산을 사용하여 전처리를 한 후 인산염으로 피막을 형성하는 화학적 방법이 있으나 이는 공정이 복잡하고 환경오염, 에너지 소비 및 많은 인력이 필요한 문제가 있다.
또한, 금속 구조물의 녹을 제거하는 또 다른 방법으로는 금속 구조물을 쇼트볼 또는 샌드볼로 처리한 후 물리적 방법을 사용하여 인산염으로 피막을 형성하는 방법이 있으나 이는 거대한 장비를 필요로 하므로 생산성이 저하된다.
녹 제거의 목적은 금속 구조물의 손상 및 부식을 최소화하는 동시에 금속 구조물 표면의 녹을 최대한 빠른 속도로 제거하는 것이다. 일반적인 경우, 녹은 녹제거제에 의해 화학적 반응으로 제거되기 때문에 상기 두 가지 목적을 동시에 이루기는 어렵다. 그러므로 현실적으로는 금속 구조물의 표면을 상하지 않게 하는 허용 한계 내에서 녹을 효율적으로 제거하는 것을 목적으로 한다.
통상 녹제거는 산세정방법, 알카리세정방법, 전기분해방식 등으로 이루어진다.
미국특허 제3,794,523호는 염산, 불화 수소산, 아세트산, 포름산 및 술파 민산으로부터 선택되는 산과 계면활성제를 혼합하여 에멀젼화된 녹제거 조성물에 대해 기술하고 있으며, 미국특허 제2,973,191호는 스테인레스 강에 대해 실질적으로 포름산, 아세트산, 글리콜 및 술파 복실산으로 이루어진 군으로부터 수성 세제 용액에 적어도 하나의 산 부식을 억제하는 방법을 기재하고 있다. 이러한 기술은 대부분 산을 기본으로 하여 녹을 제거하고 있으며 반응속도가 느리고 환경 유해성이 있을 뿐만 아니라 녹제거 후 빠른 시간 내에 다시 녹이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 금속 구조물의 표면을 손상시키지 않으며 빠른 시간 내에 녹을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 녹이 다시 발생되기 까지 오랜 시간이 소요되는 조성물이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 금속 구조물에 형성된 녹을 제거 시 금속 구조물의 표면이 손상되지 않도록 하며 녹을 제거하는 속도가 빠른 수계 중성 녹제거용 조성물을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수계 중성 녹제거용 조성물은 금속염 황화합물 또는 암모늄 황화합물로 이루어진 킬레이트제; 및 증류수를 포함할 수 있다.
상기 수계 녹제거용 조성물은 이타코닉산, 구연산, 부틸셀로솔브 및 황산 나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 환원제; 및 티오디글리콜, 폴리글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 메틸카비톨, 에틸카비톨 및 부틸카비톨로 이루어진 군에서 선택된 습윤제; 중에서 1종 이상을 추가할 수 있다.
상기 수계 녹제거용 조성물은 계면활성제, 분산제, 부식방지제, 에틸렌디아민테트라아세트산 염 및 pH조정제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가할 수 있다.
상기 수계 녹제거용 조성물에 겔 제조제를 첨가할 수 있으며, 상기 겔 제조제는 실리카 입자일 수 있다.
상기 금속염 황화합물은 알칼리 금속; 바람직하게는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs)의 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 황화합물일 수 있다.
상기 황화합물은 티오글리콜린산, 티오아세트산, 페닐티오아세트산 및 티오설핀산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 킬레이트제는 5 내지 25 중량%, 상기 환원제는 1 내지 30 중량%, 상기 습윤제는 1 내지 20 중량% 및 상기 첨가제는 3 내지 20 중량%로 함유될 수 있다.
본 발명의 수계 중성 녹제거용 조성물은 pH가 6.5 내지 7.5의 중성이므로 금속 구조물의 표면을 손상시키지 않으며 20분 이내에 녹을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 내식성이 우수하다.
이러한 수계 중성 녹제거용 조성물은 철 구조물, 철제 도구들, 선박, 보일러, 가로등 및 건물외벽의 녹을 제거하는데 특히 유용하다.
본 발명은 pH가 6.5 내지 7.5인 중성이므로 금속 구조물에 형성된 녹을 제거 시 금속 구조물의 표면이 손상되지 않도록 하며 녹을 제거하는 속도가 빠른 수계 중성 녹제거용 조성물에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 수계 중성 녹제거용 조성물은 킬레이트제 및 증류수를 포함하며, 바람직하게는 환원제 및 습윤제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 추가로 첨가되는 것이고, 더욱 바람직하게는 계면활성제, 분산제, 부식방지제 및 pH조정제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제가 추가로 첨가되는 것이다.
또한, 본 발명의 수계 중성 녹제거용 조성물을 겔화시키기 위하여 겔 제조제를 첨가할 수 있다.
상기 킬레이트제는 중성을 유지하면서 철(III)인 녹과 반응하여 녹을 제거하는 것으로서, 구체적인 예로는 금속염 황화합물 또는 암모늄 황화합물을 들 수 있다.
상기 금속염 황화합물로는 알칼리 금속을 포함하는 황화합물; 바람직하게는 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs)의 원소로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 황화합물을 들 수 있다. 또한, 상기 황화합물로는 티오글리콜린산, 티오아세트산, 페닐티오아세트산 및 티오설핀산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
상기 킬레이트제의 함량은 5 내지 25 중량%, 바람직하게는 10 내지 20 중량%이다. 킬레이트의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 녹이 제거되지 않을 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 녹이 제거되는데 오랜 시간이 소요될 수 있다.
또한, 상기 환원제는 녹을 제거하는 성능을 향상시키며 상기 킬레이트제의 수계 안정성을 증가시킬 뿐만 아니라 킬레이트제와 결합함으로써 우수한 내식성을 갖도록 할 수 있는 것으로서, 구체적인 예로는 이타코닉산(itaconic acid), 구연산(citric acid), 부틸셀로솔브(butyl cellosilve) 및 황산나트륨(sodium sulfate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
상기 환원제의 함량은 1 내지 30 중량%, 바람직하게는 5 내지 13 중량%이다. 환원제의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 녹이 완벽히 제거되지 못하고 녹이 제거되는데 오랜 시간이 소요될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 오히려 녹이 거의 제거되지 않고 내식성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 습윤제는 녹이 형성된 표면에 스며들어 수계 중성 녹제거용 조성물을 빠르게 침투시키며 킬레이트 및/또는 환원제와 반응시 내식성을 향상시키는 것으로서, 구체적인 예로는 티오디글리콜, 폴리글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 메틸카비톨, 에틸카비톨 및 부틸카비톨로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
상기 습윤제의 함량은 1 내지 20 중량%, 바람직하게는 2 내지 10 중량%이다. 습윤제의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 녹이 빠른 시간 내에 제거될 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 내식성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 첨가제로는 계면활성제, 분산제, 부식방지제, 에틸렌디아민테트라아세트산 염 및 pH조정제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
상기 계면활성제는 철 적층물(iron deposit)의 표면 아래로 도달하도록 하는 통로를 형성하여 녹이 잘 벗겨지도록 도와주는 것으로서, 구체적인 예로는 트윈20, 트윈81, 스판20 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 분산제는 주로 고형의 철이 금속 구조물 표면에 재증착되는 것을 방지하는 것으로서, 구체적인 예로는 아크릴 산의 테폴리머 (AA), 술포 페녹시 메탈릴 에테르 (SPME) 및 말레익 산 (MA)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
상기 부식방지제는 녹이 제거된 금속 구조물 표면의 내식성을 더욱 향상시키는 것으로서, 구체적인 예로는 벤조트리아졸, 트리에탄올아민, 2-아미노에탄올아민, 디에탄올아민 및 모노에탄올아민으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
상기 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA) 염은 환원된 철의 일부가 금속 구조물의 표면 위에 다시 적층되는 것을 방지하면서 용액으로 유지되도록 하며, 환원된 철(Fe ) 뿐만 아니라 비반응의 철(Fe ) 또한 용해시킬 수 있다. 또한, EDTA는 철 이온과 결합하여 pH 6.5 내지 7.5의 범위에서 강하고 안정된 콤플렉스들(complexes)을 형성한다.
상기 pH조정제는 pH값이 6.5 내지 7.5가 되도록 하는 것으로서, 구체적인 예로는 모노에탄올아민(monoethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 수산화칼륨(potassium hydroxide), 수산화나트륨(sodium hydroxide), 소듐 카보네이트(sodium carbonate) 및 아미노메칠프로판올(aminomethyl propanol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 들 수 있다.
이러한 첨가제의 함량은 3 내지 20 중량%로써, 첨가제의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 상기 첨가제의 각 물질들이 나타내는 효과를 나타낼 수 없다.
본 발명에 사용되는 증류수의 함량은 40 내지 70 중량%이다.
또한, 상기 겔 제조제는 수계 중성 녹제거용 조성물에 첨가되어 용액 상태의 조성물을 겔화시킴으로써, 유동성을 낮추어 금속 구조물의 표면에서 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 상기 겔 제조제의 구체적인 예로는 실리카 입자, 폴리에테르이미드 및 이들의 혼합물을 들 수 있다. 실리카 입자와 폴리에테르이미드를 혼합하여 사용하는 경우에는 1 : 2 내지 5의 중량비로 혼합하여 사용하는 것이 금속 구조물에서 흘러내리지 않으며 우수한 녹 제거효과를 볼 수 있으므로 바람직하다.
상기 겔 제조제의 함량은 수계 중성 녹제거용 조성물 100 중량부에 대하여 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부이다. 겔 제조제의 함량이 상기 하한치 미만인 경우에는 수계 중성 녹제거용 조성물의 점도가 낮아 금속 구조물의 표면에서 흘러내려 세정용 겔로 사용하기 어려울 수 있으며, 상기 상한치 초과인 경우에는 혼합하기 어렵고 녹이 제거되는 효과가 현저히 저하될 수 있다.
본 발명의 수계 중성 녹제거용 조성물은 pH값이 6.5 내지 7.5인 중성이므로 금속 구조물의 표면을 손상시키지 않으며, 친환경적이다. 또한, 산 베이스의 녹제거제와 비교하여 유사한 효능을 보인다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1.
킬레이트제로 소듐티오글리코레이트(sodium thioglycolate) 20 중량%, 계면활성제로 트윈20 8 중량%, 분산제로 말레익 산 3 중량%, EDTA-2Na 3 중량%, 부식방지제로 벤조트리아졸 0.3 중량% 및 증류수 잔량을 혼합하여 수계 중성 녹제거용 조성물을 제조하였다. 이때 pH는 7.0이다.
실시예 2. 환원제 사용
킬레이트제로 암모늄티오글리코레이트(ammonium thioglycolate) 20 중량%, 계면활성제로 트윈80 8 중량%, 분산제로 말레익 산 3 중량%, 환원제로 이타코닉산 13 중량%, pH조절제로 수산화나트륨 1 중량% 및 증류수 잔량을 혼합하여 수계 중성 녹제거용 조성물을 제조하였다. 이때 pH는 6.8이다.
실시예 3. 환원제 및 습윤제 사용
킬레이트제로 소듐티오글리코레이트(sodium thioglycolate) 20 중량%, 계면활성제로 트윈80 8 중량%, 분산제로 말레익 산 3 중량%, 습윤제로 부틸셀로솔브 5 중량%, 환원제로 구연산 8 중량%, pH조절제로 수산화나트륨 1.8 중량% 및 증류수 잔량을 혼합하여 수계 중성 녹제거용 조성물을 제조하였다. 이때 pH는 6.7이다.
실시예 4. 겔 조절제 사용
실시예 3에 따라 제조된 수계 중성 녹제거용 조성물 100 중량부에 대하여 겔 제조제 실리카 입자를 10 중량부 첨가하여 수계 중성 녹제거용 조성물을 제조하였다.
비교예 1. 산 베이스
인산 30 중량%, 아연계 화합물로 산화아연 15 중량%, 금속 화합물로 질산니켈 5 중량%와 질산망간 3 중량%, 산화제로 질산나트륨 4 중량%, pH조정제로 붕산 8 중량% 및 증류수 잔량을 혼합하여 녹제거용 조성물을 제조하였다. 이때 pH는 2.8이다.
비교예 2. 킬레이트제 사용안함
실시예 2와 동일하게 실시하되, 킬레이트제인 소듐티오글리코레이트(sodium thioglycolate)를 시용하지 않고 수계 중성 녹제거용 조성물을 제조하였다. 이때 pH는 7.0이다.
< 시험예 >
시험예 1.
실시예 및 비교예에 따라 제조된 조성물을 수평으로부터 약 80의 각도로 배치된 녹이 형성된 금속 구조물에 피펫을 통해 적용시킨 후 시간에 따라 패널을 탈이온수로 헹구고 제거된 녹의 대략적인 %에 대하여 조사하였다. 조사 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
구분 녹이 제거된 양(%)
5분 후 10분 후 20분 후
실시예 1 70 88 98
실시예 2 77 91 99
실시예 3 83 96 100
실시예 4 82 95 100
비교예 1 78 92 99
비교예 2 30 35 35
위 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 수계 중성 녹제거용 조성물은 비교예 2의 조성물에 비하여 녹이 단시간 내에 빠르게 제거되는 것을 확인하였다. 이는 비교예 1에 나타낸 바와 같이 종래 산 베이스의 녹제거용 조성물과 유사한 효과이다.
시험예 2.
녹이 형성된 금속 구조물에 실시예 1 및 실시예 4에 따라 제조된 조성물을 도포한 후 20분 후의 녹제거 상태를 하기 [표 2] 및 [표 3]에 각각 나타내었다.
녹제거 전 녹제거 후
Figure 112015007298231-pat00001
Figure 112015007298231-pat00002
위 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 수계 중성 녹제거용 조성물을 녹이 형성된 금속 구조물에 도포하면 20분 내에 녹이 거의 제거되는 것을 확인하였다.
녹제거 전 도포 반응 세정(녹제거 후)
Figure 112015007298231-pat00003
Figure 112015007298231-pat00004
Figure 112015007298231-pat00005
Figure 112015007298231-pat00006
위 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조되어 겔화된 수계 중성 녹제거용 조성물을 녹이 형성된 금속 구조물에 도포하면 금속 구조물에서 조성물이 흘러내리지 않으며, 20분 내에 녹이 모두 제거되는 것을 확인하였다.
시험예 3.
실시예 및 비교예에 따라 제조된 조성물로 녹이 제거된 금속 구조물을 0.1M HCl와 3.5 중량% NaCl 수용액중에 20분간 침지한 후, 부식 전류를 타펠(Tafel)시험법으로 내식성을 측정하였다.
구분 μA/㎠
실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 비교예1 비교예2
내식성 01M HCl 8.5 4.1 3.1 3.3 5.6 30.4
3.5 중량% NaCl 1.1 0.6 0.2 0.2 0.7 5.3

위 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 4에 따라 제조된 수계 중성 녹제거용 조성물로 처리된 금속 구조물은 비교예 2의 조성물로 처리된 금속 구조물에 비하여 내식성이 우수한 것을 확인하였다.
삭제

Claims (8)

  1. 금속염 황화합물 또는 암모늄 황화합물로 이루어진 킬레이트제; 증류수 및 겔 제조제를 포함하는 것을 특징으로 하는 수계 중성 녹제거용 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수계 녹제거용 조성물은 이타코닉산, 구연산, 부틸셀로솔브 및 황산 나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 환원제; 및 티오디글리콜, 폴리글리세린, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 메틸카비톨, 에틸카비톨 및 부틸카비톨로 이루어진 군에서 선택된 습윤제; 중에서 1종 이상을 추가하는 것을 특징으로 하는 수계 중성 녹제거용 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수계 녹제거용 조성물은 계면활성제, 분산제, 부식방지제, 에틸렌디아민테트라아세트산 염 및 pH조정제로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 추가하는 것을 특징으로 하는 수계 중성 녹제거용 조성물.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 겔 제조제는 실리카 입자인 것을 특징으로 하는 수계 중성 녹제거용 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 금속염 황화합물은 알칼리 금속을 포함하는 황화합물인 것을 특징으로 하는 수계 중성 녹제거용 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속염 황화합물은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb) 및 세슘(Cs)의 원소중 하나 이상을 포함하는 황화합물인 것을 특징으로 하는 수계 중성 녹제거용 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 황화합물은 티오글리콜린산, 티오아세트산, 페닐티오아세트산 및 티오설핀산으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수계 중성 녹제거용 조성물.
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