KR20010002968A - 터핀계 오일 및 계면활성제를 이용한 수용성 세정제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CFC-113 및 1,1,1 TCE 대체 세정제의 개발에 관한 것으로서 계면활성제와 터핀계 탄화수소를 적절히 배합하여 금속 가공시 사용하는 절삭유, 압연유, 등 피세정물 표면의 오일 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 세정제의 개발에 관한 것이다.

본 발명은 CFC 및 TCE 세정제를 대체하기 위해 비이온 계면활성제와 음이온 계면활성제에 터핀계 오일을 추가하여 마이크로 에멀젼을 형성시켜, 이 마이크로 에멀젼이 오염물질을 급속히 유화 시키는 능력을 이용하여 세정 능력을 향상시킨 것이다.

본 발명은 비이온 계면활성제와 음이온 계면활성제 그리고 터펜계 오일을 이용하여 마이크로 에멀젼을 형성시키는 것과 온도에 대한 안정도가 특히 중요한데, 본 발명에서 마이크로 에멀젼을 형성하는 것과 온도에 대한 안정도를 상온에서 고온까지 안정화하는 점이다.

본 발명은 CFC, TCE를 대체하기 위한 세정제로서, 금속 가공시 사용하는 각종 오일을 세정하는데 사용된다.

Description

터핀계 오일 및 계면활성제를 이용한 수용성 세정제{Cleaning Solution using the Surfactants and Terpene oils}

본 발명은 CFC-113 및 1,1,1 TCE 대체 세정제의 개발에 관한 것으로서 계면활성제와 터핀계 탄화수소를 적절히 배합하여 금속 가공시 사용하는 절삭유, 압연유, 등 피세정물 표면의 오일 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 세정제의 개발에 관한 것이다.

일반적으로 터핀계 오일은 수용액에서는 섞이지 않으나 적절한 계면활성제의 배합 하에서는 미세한 에멀션 상으로 존재하게 되어 단일 상으로 될 수 있다. 이러한 상태의 물질은 세정제로서 탁월한 성능을 가질 수 있는데, 본 발명에서는 비이온계, 음이온계에 의한 적합 비율 및 적절한 터핀오일의 함량으로, 성능이 우수한 수용성 세정제를 개발하였다.

최근 환경문제 등의 국제적 관심에 힘입어 오존층 파괴물질로 규정된 세정제인 CFC-113과 1,1,1 TCE 등의 사용규제가 이미 시행됨에 따라 이 세정제를 사용하는 산업계에서는 이에 대응하는 대체 세정제에 많은 관심을 보이고 있다.

본 발명은 터핀계 오일을 이용하여 세정능력이 뛰어나며 CFC 및 TCE 세정제를 대체하기 위한 수용성 세정제를 개발하는 것으로 음이온 및 비이온계 계면활성제를 적절히 조합한 후 이를 이용한 수용액에서 터핀오일을 추가하여 마이크로 에멀션을 형성시켜 우수한 세정능력을 갖도록 한 수용성 세정제이다.

마이크로 에멀젼은 수용액상에서 특정 오일 성분이 계면활성제 마이셀 내에 존재하는 것으로 육안으로 관찰되지 않을 정도의 상태인데 이러한 단일상 형태의 물질이 다른 유상물질에 대한 흡수력이 매우 큰 것으로 알려져 있다. 본 발명은 이를 응용한 것으로서 기존의 세정제에 비해 세정능력을 크게 향상시킨 것이다.

일반적인 세정제는 단순히 수용액에 계면활성제의 마이셀을 함유시켜 유화력, 계면장력의 감소에 의한 오염물질의 분리제거 등이 그 주요 작용으로 알려져 있으나 본 발명품은 터핀계 오일을 마이셀에 함침시켜 마이크로 에멀션이 형성되도록 하고 이 마이크로 에멀션이 오염물질을 급속히 유화 시키는 능력을 이용하여 세정능력을 크게 향상시켰다.

본 발명은 이러한 마이크로 에멀션의 특징을 이용하여 비이온계 및 이온계의 계면활성제 수종을 적절히 배합하고 이에 터핀계 오일을 이용 마이크로 에멀션을 형성 시켜 수용성 세정제가 유화력이 우수하도록 하였다. 본 발명품의 경우와 같은 마이크로 에멀션의 형성은 제품의 온도에 따라 안정도가 달라진다. 온도가 상승할수록 마이크로 에멀젼의 상태는 불안전해 지는데, 본 발명품은 상온에서부터 고온(약 10 ℃∼80 ℃)에 이르기까지 마이크로 에멀션의 상이 유지되도록 안정도가 높게 제조되었다. 이 안정도는 온도 뿐 만 아니라 세정 액에서 음이온 계면활성제의 적정 비에 따라 달라지는데 본 발명에서 이를 모두 해결하였다.

본 발명의 구성은 계면활성제에 최적 세정성을 유지하기 위한 계면활성제 성분들의 적정배합 및 특정 적정배합에서 터핀 오일의 적정 함량에 의한 세정력의 극대화 및 온도에 대한 배합 세정제의 열적 안정도 향상 기술 등으로 구성되어 있다. 본 발명은 특별히 공업용품 중금속 표면에 부착된 오일계 오염물질의 세정성에 주안점을 두었으며 계면활성제 표면 침투에 의한 오염물질의 접촉각 증가로 인한 제거 기구와 마이크로 에멀션 상으로 있는 터핀계 오일에 의한 유화력등이 동시 작용하여 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 하였다. 이러한 콜로이드 성 세정은 기존의 세정제 원리와는 차이가 있는 것으로서 마이크로 에멀션에 의한 오염물과 세정액간에 극초저 계면장력을 갖는 특징이 있다. 이 경우 계면장력은 0.001 mN/m 이하로 열역학 적으로 표면 에너지가 극히 낮아서 오염물이 쉽게 유화 되어 세정액에 흡수할 수 있도록 하여준다. 따라서 오염물의 제거 효율이 매우 뛰어나게 되어있다. 하기의 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하며, 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

계면활성제는 비이온계로서 glyceryl stearate 및 Tween-80을 사용하였고 음이온계로서 dioctyl sodium sulfosuccinate(A-OT)을 이용한다. 이러한 계면활성제는 모두 시약 급으로서 순도 99% 이상을 유지하며 더 이상의 정제과정 없이 시험에 이용한다. 적당량의 계면활성제를 주어진 조건의 농도로 초순수 물에 혼합기를 이용하여 용해시킨 다음 터핀 오일을 첨가하여 세정액을 합성한다.

마이크로 에멀션을 형성시키기 위해 오일은 Oleic 산 및 터핀계 오일로서 D-Limonene을 이용한다. 특별히 세정제 수용액의 수소이온 농도를 유지하기 위하여 ortho sodium silicate를 세정액 리터당 2-3g를 투입하여 세정액 pH가 12∼13 이 되도록 유지한다. 또한 금속이온 봉집제로서 ethylenediamine tetraacetate를 소량 투여한다. 합성된 세정액은 5:1로 희석하여 세정능력을 시험한다.

실시예 2

실시예1의 방법에 의해 제조된 세정제를 이용하여 알루미늄 판 위에서 그리스 물질의 제거 율을 표1에 나타내었다. 사용된 그리스는 일반 공업용으로서 시약급 파라핀 오일을 50% 섞어서 사용하였다. 가로 및 세로 1cm 및 높이 0.2cm 상자형 알루미늄 시료 상자에 일정량의 그리스를 채우고 이를 micro balance(KSV model 60)에 매단다. 그 후 시료를 주어진 조성의 세정액에 잠기게 한 후 무게 감량을 관찰한다. 시료의 무게 감량은 그리스가 세정액에 용해한 결과이며 이로서 세정능력을 시험한다.

실시예 3

마찬가지로 실시예 1의 방법에 의해 제조된 시료를 이용 금속 표면에서 안료 입자의 제거능력을 시험하였다. 알루미늄 표면을 초순수 물로 완전히 세척후 시중의 유성 매직으로 칠한 후 강제순환식 오븐에서 50도를 유지하며 30분 이상 완전히 건조시킨다. 이후에 이 금속시료를 과인의 세정액 속에 침지 시킨 후 유성잉크 (안료입자)의 제거 시간을 측정하였다.

실세예 4

실시예 2등의 시험에 대한 기구해석을 위해 오염물질의 오일 상 및 세정액 간의 계면장력을 측정하였다, 계면장력은 Wilhelmy Plate 방법과 Spinning Drop 방법에 의해 행하였으며 사용된 기구는 KSV-60 및 Kruss-120을 이용했다.

실시예 5

표1에 온도 25 ℃에서 실시예 1에 따라서 제조된 시료들을 실시예 2, 실시예3, 실시예 4 등에 나타냄 각 항목을, 세정액 조성 변화에 따라 그리스 오염물질의 유화 능력 및 안료제거 시간을 나타내었다.

표 1. 세정액 조성에 따른 그리스 물질 유화력 및 안료물질 제거시간

표1에서 보인바와 같이 그리스 세정능력은 glyceryl stearate 함량에 크게 좌우되며 계면장력이 낮아짐에 따라 세정능력이 향상된다.

실시예 6

표2에 온도 25 ℃에서 실시예 1에 따라서 제조된 시료들을 실시예 2, 실시예3, 실시예 4 등에 나타냄 각 항목을, 세정액 조성 변화에 따라 그리스 오염물질의 유화 능력 및 안료제거 시간을 나타내었다. 여기서 실시예 5와 다른 점은 올레인 산 대신에 터핀게 오일인 D-Limonene을 마이크로 에멀션 형성에 이용했다.

표 2 . 터핀 탄화수소 (D-Limonene)에 의한 세정력 효과 (PH=12-13)

표 2에서 보인 바와 같이 터핀계 오일을 추가하였을 경우 기존의 표 1과 비교시 세정능력이 월등히 향상됨을 알 수 있다. 이는 문헌을 토대로 볼 때 터핀계 오일이 세정액 내에서 마이크로 에멀션을 형성하기 때문으로 보이며 측정된 계면장력을 비교하면 확연히 드러난다. 즉, 터핀 오일 함량이 약 8∼10 g/L일 경우 계면장력이 거의 0에 가까운 값 (10^-3mN/m 이하)을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 계면활성제/오일/물 간에 마이크로 에멀션이 형성되기 때문이며 이로 인하여 오염물질에 대한 세정능력이 현저히 증가된다.

실시예 7

세정능력을 시험하기 위하여 광학 현미경을 사용하여 금속 표면 위에서 세정과정을 관찰하였다. 실시예 1에 의해 제조된 터핀계 오일을 이용한 제품 (터핀 오일 함량 10g/L) 및 세정능력이 우수한 것으로 알려진 미국산 제품을 이용하여 금속판 위에서 실시예2 및 실시예 3에 나타낸 그리스 및 잉크물질의 제거과정을 관찰하였다. 현미경위에 알루미늄 판을 놓고 금속표면 위에 오염물질을 부착시킨 다음 이를 세척액 속에 침지시킨 후 현미경으로 금속 표면을 관찰하였다. 현미경에 의한 배율은 400배로 하였다.

그림 1에 미국산 제품의 그리스 제거 과정, 그림2에 개발된 제품의 그리스 제거 과정, 그림3에 미국산 제품의 안료물질 제거과정, 그림4에 개발된 제품의 안료인자 제거 과정을 나타내었다.

그림1과 2의 경우 두 경우 모두 그리스가 수분 내로 유화 되어 점도가 낮은 오일화 하여 수용액으로 용출 제거되는 것을 알 수 있다. 그러나 외국산(그림1)에 비해 본 개발품(그림2)의 경우가 그리스 용해 및 유화 속도가 더 큼을 알 수 있다. 외국산과 개발품의 그리스 총 제거 시간은 본 조건에서 각각 17분 및 7분으로 본 개발품이 월등히 우수함을 알 수 있다.

그림 2 및 3의 경우 두 경우 모두 시료가 세정액에 침지된 후 안료입자가 흡착 표면적이 감소하다가 나중에 탈착한 후 제거되어 이동됨을 알 수 있다. 그러나 외산 (그림 3)에 비해 본 개발품의 경우가 탈착 제거 시간이 월등히 빠름을 볼 수 있다. 즉 외산의 경우 총 탈착 제거 시간은 15분 정도이고 본 개발품의 경우는 약 10분 정도로 관찰된다.

이상에서 밝힌 터핀계 오일 및 계면활성제를 이용한 세정제는 CFC 등처럼 오존파괴 위험 물질이 아니며 각 구성 성분이 생분해성이 우수한 환경친화형이어서 산업용으로 사용할 수 있는 우수한 제품이다. 특히 마이크로 에멀션 원리를 응용한 제품으로서 세정력이 우수한 것이 특징이다.

Claims (2)

1. 비이온계 및 음이온계면 활성제를 이용한 수용성 세정제의 합성에 있어서 D-Limonene을 이용하여 마이크로 에멀션화 하여 세정제를 합성한 제품.
2. 제 1항에 있어서,

   Glyceryl stearate, dioctyl sodium sulfosuccinate(A-OT)등 및 기타 첨가제를 배합하고 터핀계 오일을 이용하여 제조되는 수용성 세정제.