KR20110036473A

KR20110036473A - 배관 분야에서 사용 가능한 중성 청관제 조성물

Info

Publication number: KR20110036473A
Application number: KR1020090094156A
Authority: KR
Inventors: 박진우; 박정탁; 황성규; 황수진
Original assignee: 황성규; 박진우; 황수진; 박정탁
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2011-04-07

Abstract

본 발명은 공기 중 산소와 해수, 경수와 연수 등의 수용액에 노출된 금속 배관에서 다량 발생하는 적녹(산화철, 수산화철)제거를 위한 청관제의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 청관제 100 중량%에 호박산, 석탄산, 구연산, 주석산, 설파민산, 티오락트산, 사과산, 글루콘산, L-시스테인 및 티오글리콜릭산의 산제 0.8 ~ 68.0 중량%, 킬레이트제로 삼인산소다, 디메틸글리옥심, 옥신, 디티존, 에틸렌디아민-테트라아세테이트 2나트륨(EDTA-2Na), 에틸렌디아민-테트라아세테이트 4나트륨(EDTA-4Na), nitrilotriacetic acid (NTA), 폴리아미노카르복시산, 폴리인산, glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid(GEDTA), diethylenetriamine pentaacetic acid(PTPA) 0.5 ~ 19.5 중량%로 구성된 약산성 100 중량% 용액과 상기 산성 용액의 pH를 중성으로 맞추기 위하여 완충제로 염기성물질인 중탄산나트륨, 암모니아수, 가성소오다, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화마그네슘을 사용하고 나머지는 수용액으로 이루어지는 것으로 공기 중 산소와 해수, 경수와 연수 등의 수용액에 노출된 금속 배관에서 다량 발생하는 적녹(산화철, 수산화철)제거를 위한 청관제의 조성물에 관한 것으로 산세(Pickling) 방식으로 청관하던 금속 배관에 투입, 분사 또는 함침 적용하여 적녹의 제거 및 적녹이 발생 되는 것을 방지하여 주고 부동태 피막 (Passivity Layer)은 보호하는 pH가 중성인 청관제 조성물에 관한 것이다.

청관, 적녹, 배관, 중성pH, 부식

Description

배관 분야에서 사용 가능한 중성 청관제 조성물{COMPOSITION OF A NEUTRAL pH CORROSION INHIBITOR FOR PIPING FIELD}

본 발명은 공기 중 산소와 해수, 경수와 연수 등의 수용액에 노출된 금속 배관에서 다량 발생하는 적녹(산화철, 수산화철)제거를 위한 청관제의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존에 질산, 불산, 황산, 염산 및 인산 등의 산세(Pickling) 방식으로 청관하던 금속 배관에 분사 또는 함침 적용하여 선택적으로 적녹의 제거 및 적녹이 발생 되는 것을 방지하여 주고 부동태 피막 (Passivity Layer)은 보호하는 pH가 중성인 청관제 조성물에 관한 것이다.

철과 같은 금속이 녹스는 것은 지극히 자연스러운 현상이지만 우리에게는 심각한 문제가 된다. 많은 노력과 비용을 들여서 만들어놓은 구조물이나 조형물이 쓸모없이 망가져 버린다. 금속의 부식은 심각한 안전사고의 원인이 되기도 한다. 그래서 금속의 부식을 막아내는 일은 순수한 금속을 만드는 일만큼이나 중요하다.

금속이 부식된다고 하는 것은 금속이 자연 상태 되돌아가는 과정이라고 할 수 있다. 즉, 부식은 금속의 산화과정을 말하는데 모든 금속은 공기 중에 노출되면 표면에 산화막이 형성되고 내부를 보호하여 광택을 유지한다. 그러나 습기, 음이온, 기체 산화물 등이 존재하면 부식이 쉽게 진행되어 강도 및 경도에서 문제를 발생할 수 있는 금속산화물을 만든다. 부식은 서로 접촉하고 있는 다른 금속 사이의 전자 이동에 의해 발생한다. 부식된 금속은 본래의 구조나 특성을 잃기 때문에 자발 과정인 부식은 경제적으로 손실을 가져오는데, 매년 철강재의 부식으로 150조원의 손실을 가져오며, 생산되는 강철과 금속의의 약 20%가 녹슨 것을 대치하는데 사용된다. 흔히 산소나 수분으로부터 금속을 보호하기 위해 페인트나 금속 도금 등 얇은 막을 입히기도 한다. 금속은 그 환경에 따라서 표면에 접하는 물질과 반응하여 안정한 화합물이 되려고 하며, 이와 같은 결과로써 금속면에 생성된 산화물이나 수산화물을 녹이라고 하며 이 녹으로 인하여 금속은 표면에서 점차 소모되어 간다.

특히 철의 경우 그 표면에 산화피막이 형성되어 안정된 상태로 된다. 산화피막의 구조는 내부에서 표면을 향하여 Fe → FeO → Fe3O4 →γ-Fe2O3 →α-Fe2O3로 산화정도가 높은 구조로 되어 있다. 철의 적색 녹은 2Fe + O2 = 2FeO, 2Fe2O + 2H2O = 2Fe(OH)2, 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3와 같이 산소와 수분의 존재로 수산화물이 되며, 이 녹은 다공질이기 때문에 흡습성이 있으며 금속을 부식하는 염류나 가스를 흡착하기 쉬우므로 따라서 녹이 확산되어 간다. 철이 부식하게 되면 그 철의 강도에 변화를 초래하며 예를 들면 철 두께의 1%가 녹으로 변할 경우, 강도는 5∼10%줄어들며, 또 양면에서 5%의 녹이 발생 했다면 도저히 사용할 수가 없게 된다. 공장이나 빌딩의 배관 내 녹이나 스케일 발생으로 인한 문제는 배관수명 감소, 에너지 비용 증가 및 수질악화의 주요 요인이다.

이러한 청관제 조성물의 예로 배급수관 부식 방지를 위한 음용수용 액체 방청제 조 성물(대한민국 공개특허 10-0502599호)로서 인산 16∼23 WT%, 피로인산나트륨 3∼5 WT%, 헥사메타인산나트륨 3∼5 WT%, 구연산 1.5∼3 WT%, 염화아연 10∼16 WT%를 포함하는 배급수관 부식 방지를 위한 음용수용 액체 방청제 조성물은 값이 저렴하고 건강상의 유해성을 고려한 상수도 배급수관의 부식 방지 기능을 기대할 수 있으며, 녹을 제거하고 적수 문제를 해결할 수 있으나, 기존의 산세 방식의 범위를 벗어나지 못하는 문제점이 있으며, 규산염을 주성분으로 하는 액체형태의 금속관의 청정제 및 그 제조방법(대한민국 공개특허 10-0361045호)로서 300메쉬 이하의 입도를 가지는 규석분말 100중량부에 대하여 무수탄산 나트륨40∼60중량부, 피로인산나트륨 25∼40중량부, 트리포리인산나트륨 10∼20중량부 및 소디움헥사메타포스페이트 3∼15중량부를 혼합하고, 이 혼합물을 용융점 이상의 온도의 고온으로 용융시킨 후 결정형태로 냉각한 후 크리스탈상태의 물질을 얻고, 이 크리스탈에 물을 가하여 용해로에 넣어 120℃∼200℃ 온도로 가열하여 얻어진 액체를 냉각시켜서 제조된 신규의 규산염을 주제로 한 액상 금속관 청정제는 가온에 따른 에너지 비용이 증가하는 문제점이 있다.

이에 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 연구를 행한 결과, 다음과 같은 사실에 착안하여 본 발명을 제안하였다.

공기 중 산소와 해수, 경수와 연수 등의 수용액에 노출된 금속 배관에서 다량 발생하는 적녹(산화철, 수산화철)제거를 위하고, 기존에 질산, 불산, 황산, 염산 및 인산 등의 산세(Pickling) 방식으로 청관하던 금속 배관에 투입, 분사 또는 함침 적용하여 선택적으로 적녹의 제거 및 적녹이 발생 되는 것을 방지하여 주고 부동태 피막(Passivity Layer)은 보호하는 pH를 중성으로 하여 금속 배관의 보호와 안전하고 쾌적한 작업환경과 작업자의 건강을 위하고 더 나아가서는 수질 및 대기에 대한 환경오염을 최소화할 수 있는 청관제 조성물을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

과제를 해결하기 위하여 본 발명은 청관제 100 중량%에 호박산, 석탄산, 구연산, 주석산, 설파민산, 티오락트산, 사과산, 글루콘산, L-시스테인 및 티오글리콜릭산의 산제 0.8 ~ 68.0 중량%, 킬레이트제로 삼인산소다, 디메틸글리옥심, 옥신, 디티존, 에틸렌디아민-테트라아세테이트 2나트륨(EDTA-2Na), 에틸렌디아민-테트라아세테이트 4나트륨(EDTA-4Na), nitrilotriacetic acid (NTA), 폴리아미노카르복시산, 폴리인산, glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid(GEDTA), diethylenetriamine pentaacetic acid(PTPA) 0.5 ~ 19.5 중량%로 구성된 약산성 100 중량% 용액과 상기 산성 용액의 pH를 중성으로 맞추기 위하여 완충제로 염기성물질인 중탄산나트륨, 암모니아수, 가성소오다, 모노에탄올아민, 디 에탄올아민, 트리에탄올아민, 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화마그네슘을 사용하고 나머지는 수용액으로 이루어지는 것으로 공기 중 산소와 해수, 경수와 연수 등의 수용액에 노출된 금속 배관에서 다량 발생하는 적녹(산화철, 수산화철)제거를 위한 청관제의 조성물에 관한 것으로 산세(Pickling) 방식으로 청관하던 금속 배관에 투입, 분사 또는 함침 적용하여 적녹의 제거 및 적녹이 발생 되는 것을 방지하여 주고 부동태 피막 (Passivity Layer)은 보호하는 pH가 중성인 청관제 조성물에 관한 것이다.

본 발명으로 제공된 청관제 조성물을 기존에 산세(Pickling) 방식으로 청관하던 금속 배관에 분사 또는 함침 적용하여 선택적으로 적녹의 제거 및 적녹이 발생 되는 것을 방지하여 주고 부동태 피막(Passivity Layer)은 보호하며, 각종 금속 배관, 보일러, 열교환기, 순환 냉각기, 급수관 등과 같이 물을 취급하는 시설에 투입하여 사용하면 물과 접촉하는 각종 배관이나 탱크 등을 녹이나 스케일의 형성 없이 장기간 청결한 상태로 유지 할 수 있으며, 중성의 pH로 인하여 금속 배관의 보호와 신속하고, 안전하고 쾌적한 작업환경과 작업자의 건강을 위하고, 더 나아가서는 수질 및 대기 환경오염을 최소화할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 배관 분야에서 사용 가능한 중성 pH의 청관제 조성물은

산(acid)제 0.8 ~ 68.0 중량%, 킬레이트제 0.5 ~ 19.5 중량%로 구성된 약산성 100 중량% 용액과 상기 산성 용액의 pH를 중성으로 맞추기 위하여 완충제로 염기성물질 을 사용하고 나머지는 수용액으로 제조한다.

더욱 상세하게는 청관제 100 중량%에 호박산, 석탄산, 구연산, 주석산, 설파민산, 티오락트산, 사과산, 글루콘산, L-시스테인 및 티오글리콜릭산의 산(acid)제 0.8 ~ 68.0 중량%, 킬레이트제로 삼인산소다, 디메틸글리옥심, 옥신, 디티존, 에틸렌디아민-테트라아세테이트 2나트륨(EDTA-2Na), 에틸렌디아민-테트라아세테이트 4나트륨(EDTA-4Na), nitrilotriacetic acid (NTA), 폴리아미노카르복시산, 폴리인산, glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid(GEDTA), diethylenetriamine pentaacetic acid(PTPA) 0.5 ~ 19.5 중량%로 구성된 약산성 100 중량% 용액과 상기 산성 용액의 pH를 중성으로 맞추기 위하여 완충제로 염기성물질인 중탄산나트륨, 암모니아수, 가성소오다, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 수산화암모늄, 수산화칼륨, 수산화마그네슘을 사용하고 나머지는 수용액으로 이루어지는 것이 바람직하다.

선택된 산(acid)제가 0.8 중량% 보다 적으면 적녹의 제거 효과가 미미하다. 구체적으로 금속에 대한 적녹 제거작용효과가 미미하여 사용할 청관제의 양이 너무 많은 양이 사용되어야 하므로 바람직하지 않다. 또한 함량이 68.0 중량%를 초과하면, 제조한 용액의 산도(pH)가 문제가 되어 기존의 방식과 별다른 차이가 없다는 점에서 바람직하지 않다. 이를 위해 바람직하게는 선택된 산(acid)이 전체 100 중량% 중에 3.0 ~ 35.0 중량%로 함유된다.

상기 킬레이트제는 0.5 ~ 19.5 중량%로 구성되는데 킬레이트와 금속들과의 결합을 촉진하는 역할을 하는데 킬레이트제의 함량이 0.5중량% 미만인 경우에는 효과가 미 미하며, 19.5중량%를 초과하는 경우에는 상품성이 떨어짐과 선택적 적녹 제거 기능으로의 효과도 반감될 수 있다. 이를 위해 바람직하게는 청관제 성분 전체 100 중량% 중에 7.0 ~ 15.0 중량%로 함유된다.

상기 산성 용액의 pH를 중성으로 맞추기 위하여 완충제로 같은 당량의 염기성물질을 사용하는데 산성 물질의 양과 비교하여 함량이 적거나 많으면 중성의 pH를 조절할 수 없거나 적녹의 제거 효과가 미미하다.

제공된 청관제 조성물을 기존에 산세(Pickling) 방식으로 청관하던 금속 배관에 투입, 분사 또는 함침 적용하여 선택적으로 적녹의 제거 및 적녹이 발생 되는 것을 방지하여 주고 부동태 피막(Passivity Layer)은 보호하며, 각종 금속 배관, 보일러, 열교환기, 순환 냉각기, 급수관 등과 같이 물을 취급하는 시설에 투입하여 사용하면 물과 접촉하는 각종 배관이나 탱크 등을 녹이나 스케일의 형성 없이 장기간 청결한 상태로 유지 할 수 있다.

이하 본 발명의 실시 예는 본 발명의 일부분을 보다 구체적으로 설명하고 있으나 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다.

[실시 예]

상온에서 증류수 50.0 중량%, 주석산 5.0 중량%, 티오락트산 7.0 중량%, 구연산 10.0 중량%로 구성된 산성 용액에 EDTA-4Na 5.0 중량%를 넣어 1시간 동안 교반하였다. 이후, 염기성 물질인 수산화칼륨을 pH가 6.9 ~ 7.2 정도의 중성이 될 때까지 넣어서 중성의 pH를 맞추고 나머지 증류수를 넣어주어 100중량%의 중성 pH를 나타 내는 청관제 조성물을 완성하였다.

[비교 예]

현재, 유통되고 있는 기존 산세(Pickling) 청관제 조성물을 본 비교 예로 하였으며, 본 발명의 재료로 완성한 청관제를 제조하여 그 구분 및 함량(중량%)을 하기 [표 1]에 나타내었다.

청관제 조성물의 조성, 단위 : 중량%

구분	비교 예	실시 예 1	실시 예 2	실시 예 3
산성물질	40.0	15.0	20.0	20.0
킬레이트	-	-	2.0	5.0
염기성물질	-	15.0	20.0	20.0
물	60.0	70.0	58.0	55.0
총 합	100	100	100	100
비고	pH :1.5 강산, 긴 녹 제거 시간(3~4시간) 필요. 부동태피막까지 제거, 긴 린스(물세척)시간도 필요	pH :6.8 중성 녹 제거속도느림 (1시간) 짧은 물 세척 시간(1시간 이내)	pH :7.1 중성 녹 제거속도빠름 (30분이내) 짧은 물 세척 시간(1시간 이내)	pH :7.2 중성 녹 제거속도빠름 (20분 이내) 짧은 물 세척 시간(1시간 이내)

< 청관제 침지 실험 >

상기의 비교 예에 따라 제조한 청관제를 가지고 다양한 종류의 녹에 대하여 녹제거 실험을 실시하였다.

본 발명에 의한 청관제 조성물의 녹제거 전후효과는 도 1 ~ 3을 참조하여 설명한다.

그림에서와 같이 본 발명에 의하여 조성된 청관제 조성물은 다양한 금속제품과 배관에서 청관제 침적 전후 적녹이 제거되는 것을 확인할 수 있었으며, 본 발명에 의해 제조된 청관제 조성물은 우수한 적녹 제거효과를 나타내었음을 확인할 수 있었다.

도 1은 본 발명으로 제조한 청관제에 의한 볼트의 녹 제거 전후 사진을 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명으로 제조한 청관제에 의한 십자형 철근의 녹 제거 전후 사진을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명으로 제조한 청관제에 의한 녹슨 배관의 녹 제거 전후과정을 사진으로 나타낸 것이다.

Claims

산(acid)제 0.8 ~ 68.0 중량%, 킬레이트제 0.5 ~ 19.5 중량%로 구성된 약산성 100 중량% 용액과 상기 산성 용액의 pH를 중성으로 맞추기 위하여 완충제로 염기성물질을 사용하고 나머지는 수용액으로 이루어지는 것으로 금속 배관에 투입, 분사 또는 함침 적용하여 적녹의 제거 및 적녹이 발생 되는 것을 방지하여 주고 부동태 피막은 보호하는 pH가 중성인 청관제 조성물.
1항에 있어서, 산은 호박산, 석탄산, 구연산, 주석산, 설파민산, 티오락트산, 사과산, 글루콘산, L-시스테인 및 티오글리콜릭산 중에서 적어도 하나 이상을 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 청관제 조성물.
1항에 있어서, 킬레이트제로 삼인산소다, 디메틸글리옥심, 옥신, 디티존, 에틸렌디아민-테트라아세테이트 2나트륨(EDTA-2Na), 에틸렌디아민-테트라아세테이트 4나트륨(EDTA-4Na), nitrilotriacetic acid (NTA), glycol-bis(2-aminoethylether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid(GEDTA), diethylenetriamine pentaacetic acid(PTPA), 폴리아미노카르복시산, 폴리인산 중에서 적어도 하나 이상을 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 청관제 조성물.
상기1항에 있어서, 염기성물질로 중탄산나트륨, 암모니아수, 가성소오다, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 수산화칼륨, 수산화암모늄, 수산화마그네슘 중에서 적어도 하나이상을 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 청관제 조성물.