KR20200018018A - 냉각수 첨가용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 냉각수 첨가용 조성물은 (A) 에틸렌글리콜; (B) 알칼리 이온 활성수; (C) 토르말린, 옥 및 게르마늄이 배합된 원적외선 방사재; (D) 소포제; (E) 방청제; 및 (F) 계면활성제를 포함한다.

Description

냉각수 첨가용 조성물{ADDITIVE COMPOSITION FOR COOLING WATER}
본 발명은 냉각수 첨가용 조성물에 관한 것이다.
자동차의 엔진이 동작하게 되면, 실린더 내부의 연소열은 약 2000 내지 2500℃에 이르게 되며, 이 고온의 연소열이 실린더 벽, 실린더 헤드, 피스톤 및 밸브 등으로 전도된다 만약 이러한 부분의 온도가 너무 높아지게 되면, 부품재료의 강도가 저하되고 고장이 생기게 되거나, 수명이 단축되고, 연소상태도 나빠지게 되어 노킹 조기점화 등으로 인하여 엔진의 출력이 저하될 수 있으며, 또한, 피스톤과 실린더 벽에 공간이 생겨 윤활유 등이 실린더 내부로 유입되면 불완전 연소로 인한 매연이 증가되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 자동차에는 이러한 고온의 열을 식혀주기 위한 냉각장치가 설치되어 있어서, 냉각수가 워터펌프에 의해 엔진으로부터 라디에이터를 거쳐서 순환되도록 하면서 엔진이 과열되는 것을 방지하고 있다.
이러한 냉각수는 대부분이 물을 사용하여 왔고, 냉각수에 부식 방지제 또는 동결 방지제를 함께 혼합하여 사용하고 있다. 그러나, 이러한 종래의 냉각수는 대부분 물로만 이루어져 있기 때문에, 엔진이 과열하게 되면 라디에이터에서 충분한 냉각이 이루어지지 않아 결국 엔진이 과열하게 되고, 이로 인한 피스톤과 실린더의 마모가 더욱 심해지며 실린더 내부의 피스톤에 틈새가 생겨 윤활유 등이 실린더 내부로 유입되어 불완전 연소로 인한 매연이 증가하여 환경오염의 주범이 되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 자동차 냉각수의 첨가제가 개발되고 있는실정이다. 이러한 종래의 냉각수 첨가제로는 흑연과 염화칼슘 및 질산염 등이 사용되고 있는데, 여기서 흑연은 열 충격에 강하므로 내화제와 열전달물질로 사용되고, 염화칼슘은 겨울철 냉각수의 동결방지제로 사용되며, 질산염은 엔진 및 냉각기관의 부식을 막는 방식제 역할을 하여 엔진 및 내연기관을 보호하는 기능을 한다.
그러나 이러한 첨가제들은 차량의 냉각기관의 안정성과 엔진의 냉각수에 대한 기능 강화에 한정될 뿐, 냉각기관과 연동되는 차량의 전반적인 기능성, 예를 들어 배기가스의 감소, 차량의 연료절감 등의 효과를 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 10-2007-0104195
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉각수를 이온 활성화시킴으로써 냉각 효과를 극대화하고, 냉각수의 순환을 원활하게 하는 냉각수 첨가용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엔진 연소실의 혼합 가스를 완전 연소할 수 있도록 유도함으로써 연료의 효율을 향상시키고 매연을 저감시키는 냉각수 첨가용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 냉각수의 원활한 순환을 통하여 엔진의 소음을 감소시키고, 부드러운 가속감을 제공하는 냉각수 첨가용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 냉각수 첨가용 조성물은,
(A) 에틸렌글리콜;
(B) 알칼리 이온 활성수;
(C) 토르말린, 옥 및 게르마늄이 배합된 원적외선 방사재;
(D) 소포제;
(E) 방청제; 및
(F) 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 냉각수를 이온 활성화시킴으로써 냉각 효과를 극대화하고, 냉각수의 순환을 원활하게 하는 냉각수 첨가용 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 엔진 연소실의 혼합 가스를 완전 연소할 수 있도록 유도함으로써 연료의 효율을 향상시키고 매연을 저감시키는 냉각수 첨가용 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 냉각수의 원활한 순환을 통하여 엔진의 소음을 감소시키고, 부드러운 가속감을 제공하는 냉각수 첨가용 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이때, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 냉각수 첨가용 조성물은 하기의 구성 요소를 포함한다.
(A) 에틸렌글리콜;
(B) 알칼리 이온 활성수;
(C) 토르말린, 옥 및 게르마늄이 배합된 원적외선 방사재;
(D) 소포제;
(E) 방청제; 및
(F) 계면활성제.
일 실시예에 따르면, 상기 냉각수 첨가용 조성물은, 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로, (A) 에틸렌글리콜은 31.4중량%, (B) 알칼리 이온 활성수는 61.6중량%, (C) 원적외선 방사재는 3중량%, (D) 소포제는 1중량%, (E) 방청제는 1중량%, 및 (F) 계면활성제는 1중량%로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 냉각수 첨가용 조성물은,
(G) 음이온 보강재, (H) 열 흡수재 및 (I) 수용성 규산염을 더 포함하며,
상기 (B) 알칼리 이온 활성수는 칼슘 및 마그네슘을 포함하고,
상기 (C) 원적외선 방사재는 석영안산암 및 슝기트를 더 포함하고,
상기 (G) 음이온 보강재는 소다석회 유리조성물 및 모자나이트 분말을 포함하고,
상기 (H) 열 흡수재는 알칼리 금속 텅스텐 청동, 이성분 텅스텐 산화물 및 텅스텐 금속을 포함할 수 있다.
상술한 각 구성 요소에 대하여, 이하 상세히 설명한다.
(A) 에틸렌글리콜
에틸렌글리콜은 자동차 부동액으로 널리 사용되는 화합물로서 가장 간단한 2가 알코올의 하나이다. 순수한 상태에서 냄새와 색이 없고 끈적끈적하며 단맛이 나는 독성 물질이다.
모노에틸렌글리콜 또는 에테인-1,2-다이올이라고도 한다. 화학식 HO(CH2)2OH. 분자량 62.07, 녹는점 －12.6℃, 끓는점 197.7℃, 비중 1.1131이다. 끈적끈적하고 단맛이 있는 무색 액체로, 습기를 잘 흡수하고, 물·에탄올·아세트산 등과 임의의 비율로 섞인다. 산화하면 글리콜산·글리옥살·옥살산 등이 된다. 에틸렌에 묽은 염소수(鹽素水)를 작용시켜 에틸렌클로로하이드린을 합성하고, 이것을 탄산나트륨 수용액과 오토클레이브 속에서 가열하여 가수분해시키면 생긴다. 테트론의 합성원료로서 최대의 용도를 가지는 것 외에, 알키드 수지(樹脂)의 제조원료나 내한성(耐寒性) 냉각액, 의약품·화장품 등으로도 사용된다.
(B) 알칼리 이온 활성수
알칼리 이온 활성수는 냉각수의 물 분자를 알칼리 이온성으로 활성화시키고 나노화시킬 수 있다. 또한, 알칼리 이온 활성수는 원적외선 방출 미립자 및/또는 음이온 방출 미립자를 활성화시켜, 원적외선 및/또는 음이온 방출 효율을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 알칼리 이온 활성수는 냉각수의 순환 효율, 냉각 효율 등을 개선시킬 수 있다.
알칼리 이온 활성수는 칼슘, 마그네슘 등의 미네랄을 함유할 수 있다. 알칼리 이온 활성수에 함유된 칼슘, 마그네슘 등은 물과 반응하여 활성 수소를 발생시킬 수 있다. 이에 대한 반응식은 다음과 같다.
Ca + 2H2O → Mg(OH)2 + H2
Mg + 2H2O →Mg(OH)2 +H2
알칼리 이온 활성수는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 30 ~ 80중량%로 포함되는 것이 좋다.
(C) 원적외선 방사재
원적외선 방사재는 토르말린, 옥 및 게르마늄이 배합된 것일 수 있으며, 더 구체적으로 이에 더해 석영안산암 및 슝기트를 더 포함한 미립자일 수 있다.
이 때, 원적외선 방사재는 13,000 메쉬(mesh) 이상의 입자 크기(즉, 13,000 메쉬의 체(sieve)를 통과한 것)를 가질 수 있다. 따라서, 원적외선 방사재는 나노미터 이하의 크기를 가져 나노 유체 상태로 냉각수 내에서 순환될 수 있고, 이에 따라 그 활성이 증가되어 더욱 향상된 원적외선 방사 효과를 가질 수 있다.
이와 같은 원적외선 방사재에 배합되는 석영안산암은 석영을 주성분으로 함유하는 화산암으로서 물에 의해 결합강도가 훼손되지 않고 오랜 시간 결합력을 유지하는 특성을 갖고 있다. 슝기트는 러시아에서 산출되는 광물로 탄소함량이 30~40%에 이르고 규산염이 60~70% 함유되어 제공되며 생물체에 유용한 20가지 이상의 유용한 미량원소(미네랄)가 함유되어 있는것으로 알려졌으며, 슝기트 광물은 탄소가 2~30 나노미터의 작은 알갱이로 플러렌 및 고차플러렌 구조를 갖고 원적외선 발효 효능과 항균특성을 함께 가진다.
이 때, 토르말린은 원적외선 방사 특성을 가질뿐만 아니라, 토르말린 내에는 특수한 결정 미립자가 많이 함유되어 있고, 이러한 미립자에는 전극이 다수 존재하므로 토르말린은 전기적 성질을 갖는다. 즉, 토르말린은 +전극과 -전극이 있기 때문에, 토르말린을 통해 냉각수는 수소이온과 수산화이온으로 더 쉽게 분리될 수 있다.
원적외선 방사재는 원적외선을 방사해, 냉각수의 물 분자를 지속적으로 나노입자로 미립화시키고, 물 분자를 부드럽게 하여 냉각수의 순환 효율과 냉각 효율 등을 개선시킬 수 있다. 나아가, 원적외선 방사재는 냉각수 내의 용존 산소량을 증가시켜 연소 효율을 상승시키고 매연을 현저히 감소시킬 수 있다.
원적외선 방사재는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 5 ~ 22.5중량%로 포함되는 것이 좋다.
(D) 소포제
소포제는 거품을 깨는 작용과 거품을 억제하는 작용을 하는 물질을 말한다.예를 들면, 에탄올은 전자의 작용이 있어 생성된 거품을 없앨 수 있으나 거품발생을 방지할 수는 없다. 또 실리콘유는 후자의 작용이 있어 거품발생을 방지할 수 있어도 생성된 거품을 없앨 수는 없다. 소포제로는 일반적으로 휘발성이 적고 확산력이 큰 기름상의 물질, 또는 수용성의 계면활성제가 이용된다. 전자에는 옥탄올·시클로헥산올·기타 고급알코올·에틸렌글리콜 등이 있으며, 후자에는 소비탄지방산에스터를 주성분으로 하는 비이온 계면활성제, 기타 비이온 계면활성제 등이 있다. 그 밖에 실리콘 소포제는 화학적으로 안정하여 뛰어난 효과가 있으므로 용도가 매우 넓다.
구체적으로, 본 발명에서는 소포제로 벤조산(Benzoic acid, CAS Number: 65-85-0)을 사용하는 것을 특징으로 한다. 벤조산은 가장 간단한 방향족 카복실산의 하나로 무색의 결정성 고체이며, 방부제의 일종으로 매염제로도 사용될 수 있다.
소포제는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 0 ~ 3 중량%로 포함되는 것이 좋다.
(E) 방청제
방청제는 금속이 부식하기 쉬운 상태일 때 첨가함으로써 녹을 방지하기 위해 사용하는 물질이다.
구체적으로, 본 발명에서는 수용액에 주로 사용되는 인산(Phosphoric acid, CAS Number: 7664-38-2)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
인산은 투명한 무색의 액체 또는 투명한 결정성 고체이며 금속과 조직에 부식성이 있다.
방청제는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 0 ~ 3중량%로 포함되는 것이 좋다.
(F) 계면활성제
계면활성제는 묽은 용액 속에서 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시키는 물질이다.
구체적으로, 본 발명에서는 계면활성제로 트리에탄올아민(Triethanolamine, CAS Number: 102-71-6)을 사용하는 것을 특징으로 한다.
트리에탄올아민은 삼차아민(tertiary amine, R3N)과 트리올(triol)의 점성을 가진 유기 화합물로서, 강알칼리성 물질로 유화제와 계면 활성제로 사용된다.
계면활성제는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 0 ~ 3중량%로 포함되는 것이 좋다.
(G) 음이온 보강재
음이온 보강재는 알칼리 이온 활성수에 음이온을 보강할 수 있다. 소다석회 유리조성물은 SiO2, Al2O3, R2O 및 RO를 포함할 수 있다. 이 때, R2O는 Na2O, K2O, Li2O를 구성하는 그룹에서 하나 이상 선택될 수 있고, RO는 CaO, MgO, BaO를 구성하는 그룹에서 하나 이상 선택될 수 있다. 나아가, 모자나이트 분말은 소다석회 유리조성물이 음이온 방사 특성을 갖도록 할 수 있다.
음이온 보강재는 13,000 메쉬(mesh) 이상의 입자 크기(즉, 13,000 메쉬의 체(sieve)를 통과한 것)를 가질 수 있다. 따라서, 음이온 보강재는 나노미터 이하의 크기를 가져 나노 유체 상태로 냉각수 내에서 순환될 수 있고, 이에 따라 그 활성이 증가되어 더욱 향상된 원적외선 방사 효과를 가질 수 있다.
음이온 보강재는 음이온을 방출시켜, 냉각수의 물 분자를 지속적으로 나노입자로 미립화시키고, 물 분자를 부드럽게 하여 냉각수의 순환 효율과 냉각 효율 등을 개선시킬 수 있다. 나아가, 음이온 보강재는 냉각수 내의 용존 산소량을 증가시켜 연소 효율을 상승시키고 매연을 현저히 감소시킬 수 있다.
음이온 보강재는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 5 ~ 22.5중량%로 포함되는 것이 좋다.
(H) 열 흡수재
열 흡수재는 엔진 내의 열을 흡수하는 기능을 할 수 있다. 이 때, 열 흡수재는 13,000 메쉬(mesh) 이상의 입자 크기(즉, 13,000 메쉬의 체(sieve)를 통과한 것)를 가질 수 있다. 이러한 열 흡수재는 열정도율이 높아 냉각 효율이 우수하며, 냉각수와 빠르게 반응하여 급냉을 도모할 수 있다. 나아가, 미립자 형태의 열 흡수재는 냉각수와 접촉 면적이 증가되어 이에 따라 활성이 향상되어 더욱 향상된 열 흡수 효과를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 열 흡수재는 알칼리 금속 텅스텐 청동, 이성분 텅스텐 산화물 및 텅스텐 금속을 포함하는 것을 특징으로 한다.
알칼리 금속 텅스텐 청동은 일반적으로 화학식 WO3-zMex(여기서, Me는 Cs, Na 및 K로부터 선택되고, x는 0.4 내지 0.7이고, z는 0 내지 x이다)를 갖는다.
총 조성물(열 흡수재)중 본 발명 조성물의 이성분 텅스텐 산화물은 통상적으로 화학식 WO3-y(여기서, y는 0 내지 1이고, 예를 들면 0.01 내지 0.55, 바람직하게는 0 내지 0.33, 특히 0 내지 0.1이다)이다. 이러한 이성분 텅스텐 산화물의 예는 상 WO3, WO2.92(또한 W25O73으로 공지됨), WO2.83(즉, W24O68), WO2.8(즉, W5O14), WO2.72(즉, W18O49), WO2.625(즉, W32O84), WO2가 있다.
가장 바람직한 이성분 텅스텐 산화물은 삼산화물(상기 일반식에서 y=0인 것에 상응함)의 임의의 변형체(아래 설명한 단결정계 및 삼결정계), 또는 상기 삼산화물과 소량의(예를 들면 20 중량% 이하) 아산화물(여기서, y>0)의 조합이다.
몇 가지 추가의 바람직한 이성분 텅스텐 산화물 상은 다음을 포함한다.
WO3(단결정계 형태), P21/n;
WO3(삼결정계 형태), P-1;
WO2.92(단결정계 형태), P21/c;
WO2.8(정방형), P42m;
WO2.72(단결정계 형태), P2/m;
WO2.625(사방정계 형태), P b a m.
본 발명의 일반적인 열 흡수재는 열 흡수재 100 중량 기준으로
(a) 화학식 WO3-zMex(여기서, Me는 Cs, Na, K로부터 선택되고, x는 0.2 내지 1, 특히 0.4 내지 0.7이고, z는 0 내지 x이다)의 알칼리 금속 텅스텐 청동 25 내지 95 중량부, 특히 40 내지 94 중량부,
(b) 이성분 텅스텐 산화물 4 내지 60 중량부, 특히 5 내지 60 중량부, 및
(c) 텅스텐 금속 1 내지 15 중량부, 특히 1 내지 10 중량부
를 함유한다.
본 발명의 입자 조성물은 성분 (a) 내지 (c)를 각각 별도의 입자로 포함할 수 있거나, 또는 바람직하게는 대부분의 입자, 또는 그들 모두가 이들 성분 각각을 함유한다. 성분 (a) 내지 (c)는 각각 일반적으로 결정형으로서 (본 발명의 실시예에 특성화한 바와 같이), 통상적으로 본 발명의 분말 물질의 대부분을, 흔히 총 분말 조성물의 약 95 내지 10 중량%를 구성하고, 만일 있다면, 나머지는 통상적으로 다른 텅스텐 화합물 및/또는 비결정성 물질을 포함하는 알칼리성 화합물, 유기 중합체, 및/또는 물이다 (일차) 입자는 통상적으로 크기 1 nm 내지 800 nm의 나노입자이고, 예를 들면 입자들의 90 중량%는 특히 5 내지 300 nm의 직경 안에 있고; 응집체는, 만일 예를 들면 분산액중에 형성된다면, 통상적으로 잘 공지된 기술에 의해 일차 입자로, 예를 들면 그들의 분산액으로 전환될 수 있다. 바람직한 분말은 입자의 80 중량% 이상이 5 내지 300 nm 안에서 최소 크기 및 최대 크기를 갖는 것이다.
바람직한 부류의 분말은 주요 성분으로서 총 입자 혼합물의 50 중량% 이상, 특히 70 중량% 이상을 구성하는 청동(a)을 함유한다. 이러한 분말은 총 입자 혼합물 100 중량부를 기준으로 예를 들면 (a) 화학식 WO3-zMex(여기서, Me는 Cs, Na, K로부터 선택되고, x는 0.2 내지 1이고, z는 0이거나 0 내지 x이다)의 알칼리 금속 텅스텐 청동 70 내지 98 중량부, 특히 80 내지 96 중량부, (b) 이성분 텅스텐 산화물 1 내지 15 중량부, 특히 2 내지 10 중량부, 및 (c) 텅스텐 금속 1 내지 15 중량부, 특히 2 내지 10 중량부를 포함하는 등 더 적은 양의 성분 (b)를 함유할 수 있다.
성분 (a)는 가장 바람직하게는, 특히 공간 군 Pm3m, Fd3m, P6322, P63/mcm, P4/mbm으로 하나 이상의 입방, 육방 및/또는 정방 결정상으로 필수적으로 구성된다.
본 발명에 따른 알칼리 금속 텅스텐 청동은 적합한 텅스텐 추출물과 적합한 알칼리 염의 혼합물을 2500 K 이상의 온도에서 환원성 기체와 접촉시키킴으로써 제조될 수 있다. 이 때, 알칼리는 통상적으로 세슘, 루비듐, 칼륨, 나트륨, 리튬을 포함하는 것으로 이해되고, 바람직한 것은 Cs, Rb, K, Na이고 특히 Cs, K, Na이다. 이들 원소들은 일반적으로 텅스텐 전구체와 자유롭게 혼합될 수 있는 염 형태로 본 발명의 조성물(열 흡수재) 안으로 도입되고 저온(예를 들면, 1000℃ 아래)에서 분해되기 시작한다. 이들 염은 아세테이트, 포르메이트, 니트레이트, 탄산수소염, 니트라이트, 클로라이드, 브로마이드, 요오다이드, 술페이트, 퍼클로레이트, 히포클로라이트, 히드록시드, 프로피오네이트, 피루베이트, 옥살레이트, 푸마레이트, 락테이트, 메톡시드, 알콕시드, 옥시드 등을 포함한다 바람직한 것은 탄산염 또는 탄산수소염(예를 들면, Na2CO3, K2CO3, Cs2CO3, NaHCO3, KHCO3, CsHCO3), 아세테이트(특히, Na-, K- 또는 Cs-아세테이트, 예를 들면 NaOAc, KOAc, CsOAc, 여기서 Ac는 CO-CH3를 의미한다), 및 시트레이트(특히 Na-시트레이트, K-시트레이트, Cs-시트레이트, 예를 들면 트리-칼륨 시트레이트 모노히드레이트: K3C6H5O7·H2O)이다. 이러한 조성물은 수화된 형태 또는 무수 형태로 사용될 수 있다. 이러한 접근의 한가지 장점은 알칼리 도판트의 음이온으로부터 형성된 분해산물이 휘발성이고(예를 들면, CO2, CO, CHx, NOx, H2O, Cl2 등), 따라서 최종 물질에서 부산물을 생성하도록 반응하지 않는다는 것이다.
본 발명에 따른 알칼리 금속 텅스텐 청동을 제조하는 바람직한 방법은 암모늄 텅스테이트 및 알칼리 전구체 화합물의 혼합물을 2500K 이상의 온도에서 수소와 접촉시키는 것을 포함한다.
텅스텐 추출물은 일반적으로 플라즈마 조건하에 반응성인 텅스텐 물질, 예를 들면 텅스테이트, 텅스텐 산화물, 텅스텐 금속으로부터 자유롭게 선택될 수 있다. 바람직한 것은 더 낮은 융점을 갖는 물질이며, 예를 들면 텅스텐 산화물 또는 특히 암모늄 텅스테이트이다 이러한 공정에 사용하기 위한 바람직한 암모늄 텅스테이트는 암모늄 모노텅스테이트, 암모늄 파라텅스테이트(예: 헥사텅스테이트 및 도데카텅스테이트), 및 암모늄 메타텅스테이트, 뿐만 아니라 그들의 수화물, 예를 들면 (NH4)10W12H2OO42·4H2O을 포함한다.
물론, 적합한 알칼리 금속 텅스테이트를, 단독으로 또는 언급한 하나 이상의 다른 추출물과 조합하여 사용할 수 도 있다. 예를 들면 나트륨 텅스텐 옥시드 디히드레이트((Na2WO4.2H2O) 또는 나트륨 메타텅스테이트(3Na2WO4.9WO3·H2O)를 사용하여 나트륨 텅스텐 청동을 생성한다. W에 대한 Na의 화학량론이 청동상을 형성하기에 너무 높게 보일 수 있지만(일반적으로 x= 0-1.2), 나트륨은 그 낮은 비점에 기인하여 플라즈마 상태에서 차등적으로 증발할 수 있고, 따라서 열 플라즈마 처리 후 훨씬 낮은 나트륨 함량을 갖는 최종 물질을 생성할 수 있다 선택적으로, 나트륨 텅스텐 옥시드 디히드레이트(Na2WO4.2H2O) 또는 등가물을 화학량론적 양으로 암모늄 파라텅스테이트에 첨가하여 나트륨 도핑된 청동을 제조할 수 있다.
환원 및/또는 수소방출을 위해 적합한 기체는 예를 들면 암모니아, 휘발성 탄화수소(예: 에탄 또는 프로판), 일산화탄소를 포함한다. 이들은 수소 대신 또는 수소와의 혼합물로서 사용될 수 있다. 상기 접촉은 바람직하게는 플라즈마 상으로 수행되고, 특히 수소 및/또는 환원성 기체는 비활성 기체와 혼합물로 사용된다.
추출물은 통상적으로 분말 혼합물 형태로 플라즈마 안에 공급된다 분자 규모 혼합이 바람직하다. 특히 낮은 분해 온도의 금속 염을 사용하면 더욱 저렴한 전구체를 사용하면서 높은 처리량 및 효율로 (높은 플라즈마 온도 및 낮은 분해 온도에 기인하여) 적합한 균일성을 갖는 물질을 생성한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열 흡수재에 하기의 첨가제가 추가될 수 있다.
(1) 산화방지제로서, 알킬화 모노페놀, 예를 들면 2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀, 2-tert-부틸-4,6-디-메틸페놀, 2,6-디-tert-부틸-4-에틸페놀, 2,6-디-tert-부틸-4-n-부틸페놀, 2,6-디-tert-부틸-4-이소부틸페놀, 2,6-디시클로펜틸-4-메틸페놀, 2-(α-메틸시클로헥실)-4,6-디메틸-페놀, 2,6-디옥타데실-4-메틸페놀, 2,4,6-트리시클로헥실페놀, 2,6-디-tert-부틸-4-메톡시메틸페놀, 측쇄가 선형이거나 분지형인 노닐페놀, 예를 들면, 2,6-디-노닐-4-메틸페놀, 2,4-디메틸-6-(1'-메틸운데스-1'-일)페놀, 2,4-디메틸-6-(1'-메틸헵타데스-1'-일)페놀, 2,4-디메틸-6-(1'-메틸트리데스-1'-일)페놀 및 그들의 혼합물.
(2) 광 안정화제로서, 2-(2'-히드록시페닐)벤조트리아졸, 예를 들면 2-(2'-히드록시-5'-메틸페닐)-벤조트리아졸, 2-(3',5'-디-tert-부틸-2'-히드록시페닐)벤조트리아졸, 2-(5'-tert-부틸-2'-히드록시페닐)벤조트리아졸.
(3) 금속 탈활성화제로서, 예를 들면 N,N'-디페닐옥사미드, N-살리실랄-N'-살리실로일히드라진, N,N'-비스(살리실로일)히드라진, N,N'-비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐프로피오닐)히드라진, 3-살리실로일아미노-1,2,4-트리아졸, 비스(벤질리덴)옥살릴 디히드라지드, 옥사닐리드, 이소프탈로일 디히드라지드, 세바코일 비스페닐히드라지드, N,N'-디아세틸아디포일 디히드라지드, N,N'-비스(살리실로일)옥살릴 디히드라지드, N,N'-비스(살리실로일)티오프로피오닐 디히드라지드.
열 흡수재는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 0.5 ~ 50중량%로 포함되는 것이 좋다.
(I) 수용성 규산염
본 발명에서, 규산염은 수용성으로서, 이는 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물에 용해된 상태로 포함된다. 구체적으로, 규산염은 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물을 구성하는 알칼리 이온 활성수에 용해되어 수용액 상태로 포함된다. 이때, 규산염은 별도의 수용액 상태로 제조되어 포함될 수 있다.
상기 규산염은 분자 내에 규산(SiO)을 포함하는 것이면 제한되지 않으며, 바람직하게는 분자 내에 SiO3 구조를 포함하는 것이 좋다. 규산염은, 구체적으로 분자 내에 MxSiOy로 표시되는 구조를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 분자 내에 MxSiO3로 표시되는 구조를 포함할 수 있다. 여기서, M은 금속 원소이며, x와 y는 화학 양론에 따른다. 상기 x는 1보다 크거나 같고, y는 3보다 작거나 같은 소수 또는 정수이다. 그리고 상기 M은 예를 들어 알루미늄(Al), 철(Fe), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 나트륨(Na) 등으로부터 선택될 수 있다. 규산염은, 구체적인 예를 들어 알루미늄염, 칼슘염, 마그네슘염 및 나트륨염 등으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상의 혼합이 사용될 수 있다.
또한, 상기 수용성 규산염은 미세 크기로, 바람직하게는 나노미터(㎚) 크기로 미립화되어 첨가되는 것이 좋다. 그리고 이는 본 발명에 따른 냉각수 첨가용 조성물 내에 알칼리 이온 활성수에 의해 용해되어, 초극소의 크기, 예를 들어 평균 크기 0.4nm(25억분의 1미터)의 초극소 크기로 용해 분산된다. 이러한 수용성 규산염은 시판되고 있는 제품을 사용하거나, 규산염 전구체(규석, 수정석 등)를 원료로 하여 제조된 것을 사용할 수있다.
상기 수용성 규산염은 본 발명의 냉각수 활성제를 구성하는 중요 성분으로서, 이는 냉각수를 나노유체화시켜, 냉각수의 표면 장력을 변화시켜 냉각효율을 증가시키고 활성화시킨다. 수용성 규산염은, 특히 우수한 속효성과 지속성을 갖게 한다. 상기 규산염은 나노미터 크기(바람직하게는, 0.4nm)의 초극소 분자로서 침투성이 뛰어나, 순식간에 냉각수를 나노화시킨다.
보다 구체적으로, 상기 수용성 규산염은 냉각수의 물 분자(클러스터)를 나노크기로 분해시키면서, 냉각수에 지속적인 파동을 일으켜 표면 장력을 증가시킨다. 이에 따라, 접촉 면적이 증가되면서 냉각속도가 빨라져 냉각효율의 개선과 함께 속효성을 갖게 한다. 또한, 규산염은 냉각수를 지속적으로 나노유체화시켜 산소 함유량의 증가를 통해 지속적인 완전 연소를 유도하여, 오랜 시간동안 지속되는 효과를 갖게 한다.
아울러, 상기 규산염은 본 발명의 알칼리 이온 활성수에 용해되면 화학적 작용에 의해 음전하(-)의 분자성을 띠게 되고, 반면 라디에이터의 금속 표면은 양전하(+)를 띄게 하여 전기화학적 친화력을 갖게 한다. 이때, 라디에이터의 금속 표면에 1㎛ 이하의 얇은 피막을 입히며, 상기 형성된 피막이 고착화되어 방청효과를 갖게 한다. 또한, 상기 규산염은 온도가 상승될수록 분자의 팽열이 극대화하여 활성화되어, 그 효과가 떨어지지 않고 지속되며, 열전도 효과도 갖게 한다 아울러, 규산염은 전기화학적 작용에 의하므로 철(Fe)은 물론 동(Cu), 알루미늄(Al) 및 납(Pb) 등 비철금속 등에도 스케일 및 슬러지 방지 등의 효과를 가지며, 기화현상이 없어 순환과정에서 산성화되어지는 냉각수를 지속적으로 알칼리화한다. 부가적으로, 제올라이트나 맥반석 등은 고열에서만 원적외선이 발생되지만, 상기 규산염은 상온상태에서도 원적외선을 매우 강렬하게 방출하며, 상기 에너지 방출 미립자와 열 흡수 미립자의 우수한 분산성을 갖게 한다.
수용성 규산염은 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물 전체 중량 기준으로 2.0 ~ 80중량%로 포함되는 것이 좋다.
실시예
하기 표 1에 기재된 성분을 혼합하여 냉각수 첨가용 조성물을 제조하였다.
성분(중량비) 함량(wt%)
에틸렌글리콜 31.4
알칼리 이온 활성수(칼슘 및 마그네슘 포함=1:1) 61.6
원적외선 방사재(토르말린, 옥, 게르마늄, 석영안산암 및 슝기트=1:1:1:1:1) 1
소포제(벤조산) 1
방청제(인산) 1
계면활성제(트리에탄올아민) 1
음이온 보강재(소다석회 유리조성물 및 모자나이트 분말 =1:1) 1
열 흡수재(알칼리 금속 텅스텐 청동, 이성분 텅스텐 산화물 및 텅스텐 금속=6:3:1) 1
수용성 규산염 1
실험예
상기와 같이 제조된 냉각수 첨가용 조성물을 통상의 냉각수에 첨가하여 성능 시험을 실시하였다 이때, 냉각수 첨가용 조성물은 냉각수 6L에 대해 300ml로 첨가하였다.
그리고 3종의 자동차를 시험 대상으로 하여, 활성제의 첨가 전과 첨가 후에 대하여 성능을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 하기 표 2의 첨가 후는 100km 주행 후의 결과이다.
자동차 검사 방법 허용기준 첨가 전 첨가 후 개선율
스포티지
(경유)
2006년식
1902cc		 Lug Down 1모드
(평면)		 30 % 49 % 29 % -41 %
2모드
(경사)		 30 % 40 % 14 % -59 %
3모드
(급경사)		 30 % 23 % 4 % -83 %
최대출력 87 ps 97 ps 101 ps 4 %
무부하 25 % 24 % 14 % -42 %
그랜져
(가솔린)
2005년식
1998 cc		 ASM
(아이들링)		 탄화수소 220 ppm 10 ppm 3 ppm -64 %
질소산화물 910 ppm 441 ppm 0 ppm -100 %
소나타
(LPG)
2005년식
1998 cc		 ASM
(아이들링)		 탄화수소 220 ppm 146 ppm 128 ppm -6 %
질소산화물 910 ppm 804 ppm 225 ppm -72 %
상기 표 2 에서 보는 바와 같이, 본 발명의 냉각수 첨가용 조성물을 사용한 경우 출력이나 매연 저감 등이 효과적으로 개선됨을 알 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (5)

  1. (A) 에틸렌글리콜;
    (B) 알칼리 이온 활성수;
    (C) 토르말린, 옥 및 게르마늄이 배합된 원적외선 방사재;
    (D) 소포제;
    (E) 방청제; 및
    (F) 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 첨가용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수 첨가용 조성물은 (G) 음이온 보강재, (H) 열 흡수재 및 (I) 수용성 규산염을 더 포함하며,
    상기 (B) 알칼리 이온 활성수는 칼슘 및 마그네슘을 포함하고,
    상기 (C) 원적외선 방사재는 석영안산암 및 슝기트를 더 포함하고,
    상기 (G) 음이온 보강재는 소다석회 유리조성물 및 모자나이트 분말을 포함하고,
    상기 (H) 열 흡수재는 알칼리 금속 텅스텐 청동, 이성분 텅스텐 산화물 및 텅스텐 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각수 첨가용 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소다석회 유리조성물은 SiO2, Al2O3, R2O 및 RO를 포함하고, 상기 R2O는 Na2O, K2O 및 Li2O중 어느 하나에 해당하고, 상기 RO는 CaO, MgO 및 BaO 중 어느 하나에 해당하는 것을 특징으로 하는 냉각수 첨가용 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 텅스텐 청동은 화학식 WO3-zMex(여기서, Me는 Cs, Na 및 K로부터 선택되고, x는 0.4 내지 0.7이고, z는 0 내지 x이다)로 표시되는 것을 특징으로 하는 냉각수 첨가용 조성물.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 (H) 열 흡수재는, 상기 열 흡수재 100 중량을 기준으로, 상기 알칼리 금속 텅스텐 청동 25 내지 95 중량부, 상기 이성분 텅스텐 산화물 4 내지 60 중량부 및 상기 텅스텐 금속 1 내지 15 중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각수 첨가용 조성물.
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