KR19990069686A - 금속표면의 오일류세정을 위한 알카리세정제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속표면의 오일류세정을 위한 알카리세정제에 관한 것으로서 특히 저농도, 저온도에서 단시간내 오일류를 제거하며 오일노화 20000ppm에서도 100% 탈지성능을 나타내어 종전 탈지제(세정제 노화성의 약20배까지 계속 사용할 수 있도록 하므로서, 결국 약품비의 절감, 연료비 절감, 생산성 향상, 폐수 처리 비용 절감등의 효과를 기대할 수 있도록 한 것이다.
즉, 금속세정용 알카리탈지제로서 3가지 이상의 알카리염류 및 기타 화합물을 사용하여 증발건조고형분 총량이 20g/ℓ이하의 농도에서 오일노화 20000ppm까지 100%의 탈지력을 나타낼 수 있도록 하여서 된 것이다.

Description

금속표면의 오일류 세정을 위한 알카리세정제
본 발명은 금속표면의 오일(Oil)류 세정을 위한 알카리세정제에 관한 것으로서, 특히 저농도, 저온도에서 단시간에 오일류를 제거토록 함과 동시에 오일 노화 20000ppm에서도 100% 탈지성능을 나타내어 종전 탈지제 노화성의 약20배까지 연속적으로 사용할 수 있도록 하므로서 결국 약품비, 연료비 및 폐수처리비용의 절감(종래 1/10수준)과 함께 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 금속표면의 오일류세정을 위하여는 알카리세정제(탈지제)를 사용하고 있으며, 상기 세정제는 고농도(50g/ℓ), 고온도(45~80℃)에서 5~10분 처리하여 오일류를 제거하게 되는데 세정액의 오일농도가 1500ppm에 도달하게 되면 완전히 교환하여야 한다.
보편적으로 사용되어지는 알카리 세정제의 조성은 아래표(1)에서와 같다.
[표 1]
* 계면활성제는 알킨벤젠술폰산염의 아니온계, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르계 및 폴리옥시에틸렌과 폴리옥시프로필렌의 축합물.
상기 표에서 보는 바와 같이 알카리류의 합계농도(고형분총량)는 대체적으로 40~112g/ℓ로 이루어져 있으며, 그 사용온도는 60~100℃, 처리시간은 3~10분 정도에서 100%의 탈지효과를 얻을 수 있다.
그러나 이 또한 오일노화 3000ppm에서는 30~80%정도 밖에 탈지되지 않는다. (표 2 노화성테스트 참고)
현재까지 가장 잘 개발되어진 자동차보디(Body)용 알카리탈지제의 경우에도 알카리농도(고형물)는 20g/ℓ이며, 처리온도는 45~65℃, 처리시간은 2분 30초, 노화성은 3000ppm에서 80%이상의 탈지력을 요구하고 있으나 탈지력을 거의 상실해 버린다.
아래표(2)는 자동차 보디(White Body)의 알카리탈지제 요구품질을 나타낸 것이다.
[표 2]
* SEM : Scanning Electron Microscope.
본 발명은 종래 자동차 보디의 알카리탈지제의 요구조건을 모두 만족하면서, 상기에서 언급한 바와 같이 4.3~16.5g/ℓ의 저농도 및 25~50℃의 저온도에서도 오일(Oil)노화 20,000ppm에서도 1분에 100%의 탈지능력을 갖고 있으며, 고점도 오일이 아닐 경우에는 50,000ppm에서 100%의 탈지능력을 유지할 수 있도록 한 것이다.
소재 표면에는 가공 또는 가공 후 방청 목적에 따라 광물유 즉, 석유 또는 그의 생성물, 탄화수소 화합물, 기계유, 그리스, 윤활유, 방청유 등이 도포되어 있거나 동물유, 식물유, 혼성유 등이 잔존해 있으며, 이들의 완전한 제거(탈지)는 그 목적에 따라 대단히 중요하다.
알카리성염의 탈지기구는 검화(Soapnication), 유화(Emulsion)분산(Dispersion)이 주체가 되고 있다.
일반적으로 알려진 바와 같이 탈지제에 사용되어지는 알카리성염은 가성소다, 탄산소다, 규산소다, 인산소다 등이 있으며 이들은 물에서 다음과 같이 가수분해한다.
Na2CO3+ 2H2O=2NaOH+H2CO3
Na4-SiO4+ 4H2O=4NaOH + H4SiO4
Na3PO4+ 3H2O = 3NaOH + H3PO4
가수분해된 가성소다(NaOH)는 오일을 검화하여 수세에 의하여 제거하여 준다.
검화(비누화) 하기 어려운 광물섬유는 유화작용과 분산작용에 의하여 제거한다. 또, 계면활성제를 알카리염에 첨가하면 액의 계면장력이 저하하고, 검화, 유화, 분산작용과 함께 단단히 들어 붙어있는 유지나 먼지등을 소재로부터 이탈시키는 작용 즉, 습윤작용을 한다. 계면활성제의 중요한 성질의 첫째는 계면흡착을 현저하게 만드는 일이며 이것때문에 계면장력의 저하는 물론 습윤, 유화의 목적을 이룰 수 있다.
또한 세정제의 최고 목적은 소재에 붙어 있는 오일류를 완전히 제거하는 것이다. 이 유막(Oil)을 제거하는 세정제의 기능을 최상으로 유지하려면
1) 확장하려는 힘, 예를 들면 금속표면상의 유막에 탈지액이 퍼져나갈려는 힘을 강력히 부여하여야 함.
Ws=rℓ(cosθ-1)
여기서 Ws: 확장 에너르기
rℓ: 탈지액의 장력
θ : 유막과 탈지액의 접촉각도
즉, 완전히 젖을 경우 θ=0
완전히 젖지 않을 경우 θ=180°
2) 유막에 부착하려는 장력(흡착능력)을 주어야 하며
(A=rℓcosθ, 여기서 A : 부착장력),
3) 침투능력을 극대화시켜 주어야 한다.
(Wi=rs-rℓ=rℓcosθ=A
여기서 Wi: 침투능력, rs: 유막면의 장력)
위의 조건이 만족되었을 경우 오일이 도포된 표면에 떨어드린 세정제의 접촉각θ는 "0"가 될것이며, 흡착, 침투, 분산작용에 의해 오일류는 분리되어 수세에 의해 완전제거 된다. 그 진행과정을 그림으로 보면 다음과 같다.
따라서 본 발명 세정제는 그 기능을 극대화 하기 위하여 침투성이 우수한 규산소다염류 즉, 메타-소디움 실리케이트(Meta-Sodium Silicate), 올소-소디움 실리케이트(Ortho-Sodium Silicate)를 사용하였으며, 세정성과 분산성이 뛰어난 인산 소다염류 즉, 소디움 포스 페이트(Sodium Phosphate)의 모노(mono), 디(di), 트리(tri), 베직(basic)을 사용하였으며 활성 알카리도를 높이기 위하여 가성소다, 탄산소다 등의 알카리염을 사용하고 금속이온봉쇄제로써는 E.D.T.A(Ethylene Diamine Tetra Aceticacid)등의 아미노(Amino)산형 키레이트(Chelate)제, 구연산과 같은 옥칠(Octyle) 카르본(Carbon)산형, 키레이트(Chelate)제 및 중합인산염류 즉, 피로소디움 포스페이트(Pyrosodium Phosphate), 테트라소디움 포스페이트(Tetrasodium Phospate), 트리포리소디움 포스페이트(Tripolysodum Phospate), 헥사메타소디움 포스페이트(Hexameta Sodium Phosphate)를 사용하였으며 분리된 오일의 미셀(Micelle)효과를 높이고 점도조정을 위하여 카르복실 메틸셀롤로즈(Caroboxyl Methylcelluse)를 소량사용하였다.
또한 계면장력을 떨어뜨리기 위하여 비이온(Nonion) 계면활성제, 주로 포리옥시 화합물(Poly Oxy Compound)의 지방산 에스테르(Ester), 포리에틸렌퍼옥사이드(Poly Ethylene Peroxide)의 축합물, 포리에틸렌이민(Poly Etyyleneimine)의 축합물을 사용하였으며, 아니온(Anion)계면활성제로서는 고급 지방산염류 및 알킬설폰산염류를, 카치온(Cation) 계면활성제로서는 아민(Amine)류를 사용하였다.
또 철강류의 알카리부식 예방을 위하여 이미 사용된 인산염류 및 규산소다염류외에 아질산소다와 아민(Amine)계 인비히터(inhibitor)및 치오요소(Thiourea)를 사용하였다.
이하 본 발명의 조성 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
세정액을 조성함에 있어서, 물 1ℓ에 2Na2O.SiO2(올소규산소다)5g과 Na4P2O7(피로인산소다)3g, 주석산소다 1g, E.D.T.A 0.3g, C.M.C 0.2g, 아니온(Anion)계면활성제 0.5g 및 카치온(Cation) 계면활성제 0.5g을 각각 투입하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 약25℃로 가온한 다음, 철강시편에 1분간 분무하여 처리한 결과 탈지율은 100%이고, 100% 탈지되는데 걸리는 시간은 40초 소요되었으며 알카리부식여부는 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 1분간 분무하여 처리한 결과 각각 90% 및 70%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
[실시예 2]
세정액을 조성함에 있어서, 물 1ℓ에 Na2O.SiO2(메타규산소다)1g과 NaOH(가성소다)2g, Na2CO3(탄산소다)5g, 구연산소다1g, 클루콘산소다 1g 및 비이온(Nonion)계면활성제1g을 각각 투입혼합하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 약45℃로 철강시편에 1분간 분무하여 처리한 결과 탈지율은 100%, 100%탈지되는데 걸리는 시간은 30초 소요되었으며 알카리부식여부는 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 처리한 결과 각각 100% 및 80%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
[실시예 3]
세정액을 조성함에 있어서 물1ℓ에 Na2O.SiO2(메타규산소다)5g, Na5P3O10(트리포리인산소다) 2g, (NaPO3)6(헥사메타인산소다)1g, 비이온(Nonion)계면활성제1g 및 아니온(Anion)계면활성제0.5g을 각각 투입혼합하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 약 40℃로 가온한 다음 철강시편에 1분간 분무하여 처리한 결과 탈지율은 100%, 100%탈지되는데 걸리는 시간은 60초 소요되었으며 알카리부식성은 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 처리한 결과 각각 80% 및 50%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
[실시예 4]
세정액을 조성함에 있어서, 물 1ℓ에 2Na2O, SiO2(올규산소다)1g과 NaOH(가성소다)1g, Na2CO3(탄산소다)5g, Na4P2O7(피로인산소다)1g, Na5P3O10(트리포리인산소다)1g, Na6P4O13(테트라인산소다)2g, (NaPO3)6(헥사메타인산소다)5g, 글루콘산소다3g, E.D.T.A 0.5g, 비이온(NOnion)계면활성제0.5g 및 아니온(Anion)계면활성제 1g을 투입혼합하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 약 30℃로 가온한 다음 철강시편에 처리한 결과 탈지율은 100%, 100%탈지되는데 걸리는 시간은 20초 소요되었으며 알카리 부식성은 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 1분간 분무하여 처리한 결과 각각 100%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
[실시예 5]
세정액을 조성함에 있어서, 물 1ℓ에 Na2O, SiO2(메타규산소다)5g과 글루콘산소다 5g 및 비이온 (NOnion)계면활성제1g을 각각 투입혼합하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 35℃로 가온한 다음 철강시편에 처리한 결과 탈지율은 100%, 100%탈지되는데 소요되는 시간은 40초 소요되었으며 알카리부식성은 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 1분간 분무하여 처리한 결과 각각 90% 및 70%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
[실시예 6]
세정액을 조성함에 있어서, 물1ℓ에 Na2O.SiO2(메타규산소다)2g과 NaOH(가성소다)1g, Na4P2O7(피로인산소다)5g, E.D.T.A 1g, 부식방지제 0.5g 및 비이온(NOnion)계면활성제 1g을 각각 투입혼합하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 35℃로 가온한 다음 철, 아연, 동 및 그 합금류로 된 판재에 처리한 결과 탈지율은 100%, 100% 탈지되는 데 걸리는 시간은 약 40초 소요되었으며, 부식성은 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 1분간 분무하여 처리한 결과 각각 90% 및 70%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
[실시예 7]
세정액을 조성함에 있어서, 물 1ℓ에 2Na2O.SiO2(올규산소다)5g과 NaOH(가성소다)1g, Na4P2O7(피로인산소다)1g, 구연산소다 0.5g, 주석산 소다 1g, C.M.C. 0.2g, 부식방지제 0.5g 및 비이온(NOnion)계면활성제 0.5g을 각각 투입혼합하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 35℃로 가온한 다음 철, 아연, 동 및 그 합금류로 된 판재에 처리한 결과 탈지율은 100%, 100% 탈지되는데 걸리는 시간은 50초 소요되었으며, 알카리 부식성은 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 1분간 분무하여 처리한 결과 각각 80% 및 60%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
[실시예 8]
세정액을 조성함에 있어서, 물1ℓ에 Na2O, SiO2(메타규산소다)1.5g과 Na4P2O7(피로인산소다)1.5g, Na5P3O10(트리포리인산소다)0.3g, 글루콘산소다 0.7g, 부식방지제0.5g 및 비이온(NOnion)계면활성제 0.2g 및 아니온(Anion) 계면활성제 0.1g을 각각 혼합투입하여 세정액을 얻는다.
상기에서 얻어진 세정액을 50℃로 가온한 다음 알루미늄 및 그 합금류로 된 판재에 처리한 결과 탈지율은 100%, 100% 탈지되는 데 걸리는 시간은 약 60초 소요되었으며, 부식성은 없는 것으로 나타났다. 또한 세정액에 오일을 20000ppm 및 50000ppm 투입한 다음 같은 방법으로 처리한 결과 각각 80% 및 20%의 탈지율(노화성)을 나타내었다.
상기 각 실시예를 표로 나타내면 아래와 같다.
[표 3]
여기서
1. 고형분총량 : 물1ℓ에 투입된 염류 및 계면활성제등의 총량(g/ℓ) 즉, 세정액 10g정도를 Dry Oven(105±5℃)에서 2시간 증발 건조잔량을 g/ℓ로 환산한 수치.
2. 3. 처리사간 및 온도 : 금속류를 분무(Spray 의 s)또는 침적(Dip의 d) 세정하는 데 소요된 시간 및 온도.
5. 탈지율(%) : 금속시편 7.5m×15cm 두께 0.8m/m의 시편을 세정작업후 물퍼짐의 면적을 육안판단, 예를 들면 물퍼짐이 100% 이라면 탈지율은 100%이며 시편을 바로 세웠을 때 물이 시편에 50%정도 젖어 있고 나머지부분은 물방울이 굴러 떨어진다면(θ=10~180°) 탈지율은 50%이다.
6. 100%탈지에 소요되는 시간 : 시편을 세정 후 수세하고 물퍼짐성이 100%일때까지의 처리시간(매10초단위로 확인한 결과임.)
7. 노화성 : 실시예와 같이 조합한 1ℓ세정액에 Oil을 20㎖(20,000ppm) 50㎖(50,000ppm)를 강제로 넣은 후 동일한 처리온도 및 처리시간으로 시편을 처리하고 물퍼짐의 면적을 육안으로 판단 (5항과 같이 판단)
※ 참고 : 시험에 사용된 Oil → Drawing Oil
범우캠(주)FD-3000 점도 70cts 50℃
8. Foam height : 실시예와 같이 조합한 세정액 50㎖를 마개가 달린 100㎖ Mess cylinder에 넣고 15초에 20회 왕복상하로 흔들어주고 1분간 세워둔 다음 거품높이를 ㎖수로 읽음.
9. 조합된 세정액의 pH를 pH Meter로 측정.
10. 인산염피막후의 SEM(Scanning Electron Microscope) : 본 세정액으로 탈지를 완료한 후 수세하고 표면조정제 [(주)성진화학제품 : 품명 VT-SALT] 사용하여 표면조정한 후 자동차용 인산염피막제 [(주)성진화학제품 : 품명 Suji-282XM]를 사용하여 인산염피막을 시행한 후 금속 전자현미경으로 배율1000으로 SEM를 촬영하여 그 입자크기를 μ으로 표시.
11. 알카리부식(Alkali corrosion)여부 : 실시예와 같이 조합된 세정액에 온도를 50℃로 높인후 철시편(7.5×15cm×18t)을 10분간 침적한후 표면을 살펴보아 침식 및 녹의 흔적이 없어야 함.
12. 아연도 강판의 부식성여부 : 실시예 6.7.8.과 같이 아연도 강판 소재 단독 및 철강과 함께 처리될 때의 아연도강판의 부식성여부는 매우 중요하다. 자동차의 Body는 철판 및 아연도 강판으로 이루어져 있기 때문이다.
아연도강판 시편(7.5×15cm×1.2t)을 아세톤(Acetone)과 메칠 알콜(Methyl alcohol ) 1 : 1 혼합액으로 표면의 유분을 잘 닦아내고 105±5℃로 30분간 건조한 다음 데시케이터(Desicator)에 옮겨 평량하고(Wo) 50°로 조정된 실시예의 세정액에 5분간 침적하고 잘 수세한 다음 105±5℃로 30분간 건조한 다음 데시케이터(Desicator)에 옮겨 평량(W1)하고 다음과 같이 면적(㎡)당 부식된 량(g)을 산출한다.
여기서 부식감량 015g/㎡이하이면 부식이 없는 것으로 판단한다.
각 실시예에 의해 처리된 사진은 아래와 같다.
※ SEM 촬영결과
각 실시예는 보는 바와 같이 세정액에 소요되는 고형분량이 4.3~16.5g/ℓ이므로 사용할 때는 분말 또는 액체형태로 사용할 수 있는 장점도 있다. 액화할 때는 분말량의 동등량 또는 3배정도의 물에 녹여서 20g/ℓ~30g/ℓ로 사용하면 된다. 액화된 세정제의 운송과 사용은 분말사용보다 훨씬 효과적이다.

Claims (1)

  1. 알카리세정제를 조성함에 있어서, 물 1ℓ에 Na2O.SiO2, 2Na2O.SiO2, NaOH, Na2CO3, Na4P2O7, Na5P3O10, Na6P4O13(NaPO3)6, 구연산 소다, 주석산소다, 글루콘산 소다, E.D.T.A, C.M.C., 부식방지제, 노니온(NOnion)계면활성제, 아니온(Anion)계면활성제, 카치온(Cation)계면활성제 중 3가지 이상의 알카리염류 및 기타화물을 사용하여 증발건조 고형분총량이 20g/ℓ이하의 농도에서 오일노화 20000ppm까지 100%탈지력을 나타내는 금속표면의 오일류세정을 위한 알카리 세정제.
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