KR900008253B1 - 인산계열 금속표면처리제의 제조방법 - Google Patents

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Description

인산계열 금속표면처리제의 제조방법

본 발명은 인산계열 금속표면처리제의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인산철계 또는 인산아연계에 의한 인산염 성분으로 되어 있고 금속표면에 도막시 금속자체의 부식을 억제하고 금속제품의 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 인산계열 금속표면처리제의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 금속재료는 본래 천연광석을 인공적으로 환원하여 얻어지는 것이기 때문에 자연상태 그대로 방치하여 두면 금속은 안정한 광석형(주로 산화물)으로 되돌아 가려는 경향을 나타내게 되는바, 이와 같이 금속재료가 주위환경의 화학적작용을 받아서 변화하거나 대기중의 물과 접식하여 부식이 발생하게 되는데 이러한 부식현상이 산업계에 미치는 영향은 광범위하고도 대단히 심각한 실정이다.

즉, 이러한 금속재료의 부식으로 인하여 주위시설이나 기기의 내용연수가 단축되고 조업의 중단으로 인하여 생산 능률을 저하시키고 있으며 생산물의 손실과 제품의 오염 및 사고재해의 유발 등과 같은 간접적인 손해를 미침은 물론 제품의 신뢰도릍 크게 저하시키고 있는 실정이다.

따라서 이와 같은 금속재료의 부식을 방지하고 제품의 신뢰도를 향상시키기 위해서는 적절한 표면처리 및 방청, 방식대책이 필요하게 되었고, 더욱기 일관성 있게 금속표면이 처리되는 내약품성의 필요성이 요구되고 있는 실정임에도 지금까지 인산계열의 금속표면처리 및 방청, 방식제의 개발이 미흡한 실정에 이르고 있는 것이다.

이에 금속표면으로부터 물과 공기를 차단시키고 주위 환경으로부터의 화학작용에 따른 부식억제와 유기도막의 부착향상을 위하여 금속표면을 탄소화합물인 유기도막으로 도장시키거나 알카리계나 산계로 이루어진 금속표면처리제로 피막을 형성시켜서 금속재료를 보호하는 방법을 사용하게 되었다.

그러나 금속표면을 유기도막으로 형성시킨 경우에는 이 도막이 물의 침투를 완전하게 차단시키지 못하여 피도물과 도막 사이가 물에 의하여 부식되게 되었고 또한 도막도 파괴되어 표면처리 방법으로는 적합하지 못하였으며 알카리계나 산계로 이루어진 금속표면처리제를 사용한 경우에도 알카리계는 탈지, 산계는 탈청등 그 효능이 단순화 되어있고, 더우기 알카리계의 탈지제는 그 용액의 조정을 위해 온도의 조절이 필수적이며, 약 50 내지 90℃의 고온상태에서 금속표면을 처리해야 하므로서 에너지의 손실이 많았다.

또한 1회의 탈지 처리로는 만족스러운 효과를 얻을 수 없기 때문에 일반적으로 2회의 탈지 처리를 실시해야 하므로 비경제적이며 금속표면에서 생성된 수산화물이나 산화물의 용해가 어려움은 물론 농도의 조성 및 약품배합이 번거로울뿐 아니라 인체에도 치명적인 위험성이 있어서 금속표면처리제로서는 문제점이 많았던 것이다.

한편 현재 보편적으로 사용되고 있는 산계의 금속표면 처리제는 탈지 효과가 없고 PH조정이 불편하며 강산에 의해 처리된 후에도 매우 급속하게 진행되는 재발청 방지가 어렵고 특히 모재 손상율이 높아 정교한 제품에는 사용할 수 없는 약점이 있으며 독극성도 매우 강해 인체에 극히 위험 할 뿐 아니라 극심한 공해요인도 유발시키고 있는 등 많은 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 종래의 알카리계나 산계로된 금속표면처리제의 문제점을 해소하기 위하여 금속표면에 대한 방청 효과와 탈청작용시 부식억제 성능을 동시에 갖고 있으며 금속제품의 신뢰도도 향상시킬 수 있는 인산계열 금속표면 처리제의 제조방법을 제공하려함에 그 목적이 있는 것이다.

이하 본 발명의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 인산용액(H₃PO₄) 20 내지 100중량부에다 부틸셀로솔브(HOCH₂CH₂OC₄H₉)와 고체인 중크롬산칼륨(K₂Cr₂O₇)을 혼합하여 수용포화용액으로 만들어서 얻어진 용액 2 내지 10중량부와 계면활성제 0.1 내지 0.3중량부 및 N-부틸알콜(CH₃CH₂CH₂CH₂OH) 10 내지 100중량부를 순서대로 첨가 혼합하여 15 내지 65℃에서 20 내지 60분간 교반 혼합시킨다음 이 혼합용액에 부성분인 벤젠, 질산, 황산, 브롬, 탄산, 티오우레아, 사염화탄소, 염화수소, 산화아연중 적어도 그 어느하나를 0.2 내지 1.0 중량부를 처리해야 할 물체의 상태에 따라 선택적으로 첨가 혼합시켜서 제조됨을 특징으로 하는 인산계열 금속표면 처리제의 제조방법이다.

이하 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 주성분인 인산용액에다 부틸셀로솔브, 중크롬산칼륨용액, 계면활성제, N-부틸알콜과 부성분을 순서대로 첨가 혼합하여 충분히 교반시켜서된 금속표면 처리제로서, 먼저 인산용액에다 부틸셀로솔브를 첨가하고 여기에 고체인 중크롬산칼륨을 수용포화용액으로 만들어서 계면활성제와 N-부틸알콜을 순서대로 첨가 혼합하여 충분히 교반시켜 얻어진 이 혼합용액에 최종적으로 부성분을 혼합 교반하면 된다.

이때 주성분인 인산의 양은 20 내지 100중량부로 하고 여기에 첨가되는 중크롬산칼륨의 양은 2 내지 10중량부로 하면된다. 특히 고체인 중크롬산칼륨을 수용포화용액으로 만들어서 인산용액에 첨가시킨 후에는 15내지 65℃의 온도하에서 20 내지 60분간 충분히 교반하여 중크롬산칼륨이 인산용액에 완전 용해 되도록 한다. 이때 교반은 바람직하기로는 25 내지 60℃의 온도하에서 15 내지 50분 동안 교반시키는 것이 효율적이다.

이렇게 인산용액 20 내지 100중량부에다 부틸셀로솔브 15 내지 50중량부를 혼합시킨 후에는 중크롬산칼륨 2 내지 10중량부와 계면활성제 0.1 내지 0.3중량부 및 N-부틸알콜 10 내지 100중량부를 역시 순서대로 혼합교반시켜서 혼합용액과 충분히 혼합되도록 교반하되 이때 부틸셀로솔브가 첨가된 용액은 15 내지 65℃의 온도하에서 15 내지 45분간 충분히 교반시키고 중크롬산칼륨 용액을 첨가시킨 경우에는 15 내지 65℃의 온도하에서 20 내지 60분간 충분히 교반시키되 0.1 내지 0.3중량부의 계면활성제를 첨가시킨 경우에는 15 내지 65℃의 온도하에서 15 내지 60분간 충분히 교반시키고 N-부틸알콜이 첨가된 용액은 15 내지 65℃의 온도하에서 20 내지 60분간 충분히 교반시키는 것이 좋다.

더욱 바람직 하기로는 계면활성제가 첨가될때에는 25 내지 35℃의 온도하에서 20 내지 40분간 충분히 교반을 실시하고 부틸셀로솔브가 첨가된 경우에는 25 내지 35℃의 온도하에서 20 내지 50분간 충분히 교반하되, N-부딜알콜이 첨가된 경우에는 25 내지 35℃의 온도하에서 20 내지 60분간 충분히 교반시키는 것이 좋다. 이와 같이 주성분인 인산용액에다 부틸셀로솔브, 중크롬산칼륨용액과 계면활성제 및 N-부틸알콜을 순서대로 첨가하고 충분히 혼합되도록 교반한 후에는 필요에 따라 부성분으로서 벤젠(C₆H₆), 질산(HNO₃), 황산(H₂SO₄), 브롬(Br₂), 탄산(H₂CO₃), 티오우레아(H₂NCSNH₃), 사염화탄소(CCl₄), 염화수소(HCl), 산화아연(ZnO)중 적어도 어느하나 또는 그 이상을 선택하여 상기 주성분의 용액에 0.07-3.0중량부를 첨가시킨 후에 20 내지 80℃의 온도하에서 20 내지 70분간 충분히 교반시킨다. 더욱 바람직하기로는 15 내지 65℃의 온도하에서 15 내지 60분간 충분히 혼합 교반시키게 되면 산도가 1.0 내지 2.0이고 비중이 1.030 내지 1.050인 연록색의 금속표면 처리제가 얻어지게 된다. 본 발명 조성물의 주성분인 N-부틸알콜(CH₃CH₂CH₂CH₂OH) 대신 에치렌 그리콜(ETHYLENEGRYCOL) 또는 포리프로피렌 그리콜(POLYPLOPYLENE GRYCOL)을 100% 치환하여 조성할 수도 있다.

본 발명에 있어서, 인산용액 20-100중량부, 중크롬산칼륨 2-10중량부, 계면활성제 0.1-0.3중량부 및 N-부틸알콜 10-100중량부를 순서대로 혼합하는 이유는 인산과 타약품이 접촉하거나 혼합 될때는 발열반응이 일어나는바, N-부틸알콜을 먼저 투입하고 이에 인산 용액을 투입하는 경우 발열반응을 억제 내지 조절하는데 어려움이 있고 발열반응의 조절이 여의치 못할 경우 발명에 의한 알코올 성분의 기화 현상으로 약성의 저하를 가져올 위험성이 있기 때문에 인산을 최초로 투입하고 N-부틸알콜을 최후로 소량씩 서서히 투입 하므로써 발열 반응을 억제하여 약성의 저하를 예방하기 위하여 혼합의 순서를 한정하게 되는 것이다.

수치가 한정되는 이유에 있어서, 인산용액이 20중량부 이하에서는 스케일 용해력에 있어 확실성을 보장할 수 없으며 인산 이외의 다른 약품과의 혼합을 위해서는 100중량부 이상을 초과하여서는 안된다. 중크롬산칼륨은 산화제로서 혼합되는 것인바, 2중량부 이하에서는 그 효능이 보장되기가 어려우며 10중량부 이상에서는 적정량이 초과됨에 따른 역반응으로 모재의 부식을 촉진시키는 부작용을 유발하게 된다. 계면활성제를 사용하는 경우 0.1-0.3중량부가 최적의 혼합비율임은 과거의 모든 사용실예에서 입증되고 있는 것인바, 계면활성제가 0.1중량부 이하에서는 그 효능이 보장되기 어려우며 0.3중량부 이상에서는 거품의 발생이 과다하여 별도의 소포제를 사용하여야만 정상작업이 가능하기 때문에 이를 최대 0.3중량부 이하로 한정하게 되는 것이다.

본 발명의 요체는 단일 약품을 사용하여 탈지와 탈청을 동시에 수행하는데 있는 것으로서 인산의 함량과 N-부틸알콜의 함량은 상관 관계가 있다.

즉 탈청력에 주력할 필요가 있을 경우에는 인산의 함량은 높이고 N-부틸 알콜의 함량을 줄여야 하며 탈지력에 주력하여야 할 경우에는 위와 반대로 함량을 조절하여야 한다. 다만 N-부틸알콜의 경우 10중량부이하에서는 탈지 효능을 기대 할 수 없으며 100중량부 이상은 타약품과의 조성이 이루어질 수 없게 된다.

온도의 제한 조건이 15 내지 65℃로 한정되는 이유는, 15℃ 이하에는 약품 혼합시 응고현상이 일어나는 경우가 있어 15℃ 이상을 유지하여야 되고 65℃이상이 되면 N-부틸알콜 등의 기화현상이 촉발되어 약성의 저하를 가져올 수 있기 때문에 조성 온도를 15-65℃범위로 제한하게 되는 것이다. 교반의 제한 조건이 20분 내지 60분으로 한정되는 이유는, 20분 이하에서는 교반이 불충분하여 일부 약품의 침전현상이 일어날 수 있으며 침전현상은 곧 약성이 100% 발휘될 수 없는 것으로서 최소한 20분 이상의 교반이 필수적이다.

그러나 본 발명을 실현하기까지 수없이 반복해 본 실험의 결과에 의하면 본 발명상의 조성에 있어 60분이상의 교반은 불필요 함을 알 수 있었다.

이와 같은 방법으로 얻어진 본 발명의 금속표면 처리제는 전처리도장, 화성처리, 착색등의 표면처리를 실시하기 전에 재질이나 가공정도가 상이한 각종 피처리제의 표면을 시정하게 되고 부착된 표면의 오염이나 이물질을 완전히 제거하게 되어 표면처리에 필요한 균일한 면을 유지시키게되며, 처리 피막의 밀착성이나 연속성을 나타내어 공정별 향상은 물론 우수한 품질의 제품을 생산 할 수 있도록 한다.

한편 탈지제를 사용하여 금속표면에 부착된 유성 오염물을 물리적, 화학적 또는 전기화학적으로 제거시키는 작업은 매우 단순한 것 같지만 실제로 표면의 틈 사이에 이물질과 함께 끼어 있는 경우라든지 금속산화물과 화합물로 되어 강고한 형태로 존재하게 되면 탈지제나 용제, 에멀젼 또는 알카리탈지제에 의한 단일공정 만으로는 완전하게 탈지를 행하기가 어려우나 본 발명에 따른 금속표면 처리제는 단일공정 만으로도 금속표면에서 산화물로 존재하는 녹(RUST)현상을 동시에 제거하면서도 완전한 탈지효과를 나타낼 수 있다.

또한 보통금속의 표면은 압연, 단조, 압출 및 열처리기계가공등에 의해 스케일이나 각종 화합물질 및 금속분이 부착되어 있는바, 이들을 제거하기 위해서 일반적으로 황산이나 염산 또는 강산을 사용하게 되므로서 모재 손상의 우려가 있으나, 본 발명의 금속표면 처리제는 강산처리를 하는 경우보다 철소지의 조화를 방지하고 처리 후에도 인산철의 피막을 형성하고 있어 방청효과가 좋을 뿐 아니라 탈청 작용시 부식억제 성능도 우수하여 안전하게 사용할 수 있으며 어느 재질에서도 사용이 가능하도록 되어 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예

인산 100g에 부틸셀로솔브 50g을 첨가하여 40℃의 온도에서 30분간 충분히 교반시킨 다음 여기에다 70℃의 물에 용해시켜 수용포화용액으로 얻어진 중크롬산칼륨 10g을 첨가하여 60℃의 온도에서 60분간 교반시킨다. 이어서 계면활성제 5g을 상기 혼합용액에 첨가하고 40℃에서 30분간 교반시킨 다음에 N-부틸알콜 100g을 첨가하고 60℃로 온도를 상승시켜서 60분간 충분히 혼합교반시킨다.

그리고 브롬, 탄산, 티오우레아와 염화수소 및 산화아연 약간량을 취하여 상기 혼합용액에 첨가하고 50℃ 온도에서 40분간 충분히 교반시켜서 PH가 1.7이고 비중이 1.105인 연록색의 약품 조성물을 제조한다.

이와 같이 얻어진 약물 조성물을 공업용도로 사용시에는 1-10%로 희석하여 사용하면 더욱 좋다.

평가 방법

부식 감량 측정

상기 실시예에 의하여 제조된 금속표면 처리제를 다음 표 1과 같은 농도로 분리하여 탄소강시편(2.5×4.0×0.45cm)에 도포하고 통상적인 침적법에 의하여 다음 표 1과 같은 온도하에서 각각 6시간 동안 침적시킨후에 상기 시편을 꺼내어 부식 감량을 다음과 같은 식에 의거 평가한다.

이에 대한 결과가 다음 표 1에 나타나 있다

[표 1 ]

일반적으로 산세정시 부식감량기준은 lmg/㎠/hr이면 우수한 약품으로 평가되는데 본 발명 약품의 부식감량은 상기 표 1에 나타난 바와 같이 부식감량 기준에도 훨씬 못미치는 0.001mg/㎠/hr 내지 0.071mg/㎠/hr 정도이므로 아주 획기적인 금속표면 처리제인 것이다.

도포 공정의 비교평가(경제효과)

종래의 금속표면 처리제와 본 발명의 금속표면 처리제에 대한 도포 공정비교평가(경제효과비교)는 반월공단에 소재하고 있는 자동차 부품공장인 "D"산업주식회사의 실제공정을 모델로 하였는바, 종래의 알카리계 또는 산계의 표면처리제를 금속표면에 도장하는 공정은 다음 표 2와 같다.

[표 2]

이에 대하여 본 발명의 실시예에 따라 제조된 인산계열의 표면처리제를 금속표면에 도장하는 공정은 다음표 3과 같다.

[표 3]

상기 표 2, 3에 나타낸 바와 같이 종래의 공정은 총 11개 공정이면서 그 소요시간은 약 15분 내지 23분(평균 19분) 정도가 소요되었으나, 본 발명에 따른 개선 제품의 공정은 총 6공정이면서 그 시간은 약 3분 내지 11분(평균 7분)정도가 소요되므로서 결국 총 5공정을 감축시키면서 공정시간도 약 12분 정도 단축시켰으며 이에 따라 전처리공정의 평균인력이 12명에서 6명으로 절감 되면서도 생산성은 2.7배나 향상된 효과를 나타내고 있다.

이는 본 발명의 탈지, 탈청 및 기타 이물질 제거가 단일 약품으로 1회 처리하여 이룩될 수 있고 처리후에도 1회만 수세하며, 1회 중화시키므로서 소기의 목적을 달성할 수 있기 때문이다.

더우기 저온(약 15℃)에서 처리가 가능하므로 에너지 절약효과가 크고, PH조정이나 약품관리가 극히 단순하면서 용이하고 인화성이나 폭발성 및 피부접촉에 따른 위험성이 전혀 없어 작업의 안전도가 높을 뿐 아니라 공해의 요인이 종래 금속표면 처리제에 비하여 현저히 줄어들게 된다.

또한 공정감축, 처리시간의 단축, 인력의 절약 등으로 생산성이 향상됨에 따라 경제성을 높일 수 있고 부식감량도 극히 낮아 정교한 제품에는 물론 스테인레스 금속, 강철, 놋쇠나 구리등의 철금속이나 비철금속등 어느 제품에도 효과적으로 사용가능하며 탈지 및 탈칭 효과는 물론 방청효과도 동시에 나타낼 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 금속표면처리제를 제조함에 있어서, 인산용액 20 내지 100중량부에다 부틸셀로솔브 15 내지 50중량부와 수포화용액으로 얻어진 중크롬산칼륨 2 내지 10중량부와 계면활성제 0.1 내지 0.3중량부 및 N-부틸알콜 10 내지 100중량부를 순서대로 첨가하여 충분히 혼합 교반시켜서 얻어진 혼합용액에 부성분 0.07 내지 0.03중량부를 첨가 혼합시켜서 제조함을 특징으로 한 인산계열금속표면 처리제의 제조방법.
2. 특허청구범위 제1항에 있어서, 부틸셀로솔브 첨가 용액은 15 내지 60℃의 온도하에서 15 내지 45분간 교반혼합시킴을 특징으로하는 방법.
3. 특허청구범위 제1항에 있어서, 계면활성제의 첨가용액은 15 내지 65℃의 온도하에서 15 내지 60분간 교반 혼합시켜서 됨을 특징으로 하는 방법.
4. 특허청구범위 제1항에 있어서, N-부틸알콜의 첨가용액은 15 내지 60℃의 온도하에서 20 내지 60분간 교반 혼합시켜서 됨을 특징으로 하는 방법.
5. 특허청구범위 제1항에 있어서, 부성분은 벤젠, 질산, 황산, 브롬, 탄산, 티오우레아 또는 사염화탄소, 염화수소, 산화아연 중 적어도 어느하나 또는 그 이상을 필요에 따라 선택하여야 됨을 특징으로 하는방법.
6. 특허청구범위 제1항에 있어서, 부성분의 첨가 용액은 10 내지 70℃의 온도하에서 10 내지 80분간 교반혼합시켜서 됨을 특징으로 하는 방법.