KR960003113B1 - 민감한 기질상의 피막을 제거하는 방법 및 이에 유용한 분사매질 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

민감한 기질상의 피막을 제거하는 방법 및 이에 유용한 분사매질

[도면의 간단한 설명]

제1도는 분사작업에 앞서, 피복재를 침투하고 있는 표면상의 식별가능한 부식부를 가지는 알루미늄합판 시험용 패널의 전자조사 현미경사진이다.

제2도는 본 발명의 방법에 따라 세척된 알루미늄합판시험용 패널의 전자조사 현미경사진으로서, 금속표면에 손상을 입히지 않고 제조물질에 의해 표면부식이 제거된 것을 나타낸다.

제3도는 서로 상이한 평균입자크기를 가지는 바이카보네이트 분사매질을 다양한 이송속도로 이용하여서 얻어진 제조속도를 비교하는 그래프이다.

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 민감한 금속 및 합성물 표면 또는 그와 유사한 기질들로부터 피막을 제거하는 방법 및 이에 유용한 분사매질(blasting media)에 관한 것이다.

[발명의 배경]

빌딩에서부터 산업장비에 이르기까지 다양한 유형의 건물 및 장비의 표면으로부터 피막을 청소하거나 제거하는 것이 종종 바람직하다. 페인트, 실란트, 락커 또는 그와 유사한 종류의 표면피막을 청소하거나 제거하기 위해, 기계적인 분사기술에서부터 화학물질의 적용에 이르는 수많은 기술이 알려져 있다. 화강암벽이나 중형판금(heavy steel plating) 같이 강하고 오래 견디는 표면은 모래분사와 같은 격렬한 연마기술에 의해 청소되거나 벗겨질 수 있다. 더 섬세한 표면은 그 기질의 손상을 막기 위해 덜 거칠게 다루는 것이 요구된다.

민간항공사와 군기관 모두 현대적인 항공기의 외부표면으로부터 페인트와 그밖에 다른 피막을 정기적으로 벗기는데에 많은 비용을 소비한다. 이들 표면은 경량알루미늄이나 그밖에 에른 금속합금 또는 합성물을 포함하며, 이들은 비교적 유연하므로 이들로부터 페인트나 그밖에 다른 피막을 제거할 때 조심스럽게 하여 지나친 마멸 또는 화학적 손상을 피해야 한다. 극단적인 경우에 이같은 손상은 기계적인 고장을 일으킬 수도 있다.

모래 마모와 유사한 다양히 개선된 피막제거기술이 민감한 금속 및 혼합 항공기 또는 그와 유사한 표면들로부터 피막을 제거하는데 적용되어 왔다. 이같은 목적에 유용한 분사매질은 바람직하게는 다음의 판단기준을 만족시킨다.:

1. 그들은 비교적 거칠지 않아야 한다.(약 2.0-3.0의 모스경도) ;

2. 그들은 다양한 입자크기의 분포로 다른 기질의 취급에도 이용될 수 있어야 한다. ;

3. 그들은 높은 습도를 가진 환경 및 광범위한 기압과 매질 유속에 걸쳐 자유로운 유동성을 가져야 한다.

4. 그들은 수용성이며 비오염성이어서, 쓰레기 처리에 용이하도록 벗겨진 불용성 페인트와 수지들로부터 쉽게 분리되어야 한다.

1988. 3. 15.자 특허된 카아르 미합중국 특허 제4,731,125호는 민감한 금속과 합성물 표면의 분사청소을 위한 플라스틱 매질의 이용을 밝히고 있다. 그러나 이같은 물질은 비교적 비싸며, 그리고 그들의 사용은 쓰레기 처분의 어려움도 가지고 있다.

소듐 바이카보네이트도 또한 항공기 부품같은 민감한 기질로부터 피막을 제거하는데 분사매질로써 적용되어 왔다. 바이카보네이트는 상기의 기준 1, 2와 4에 쉽게 만족하므로 이같은 매질로써는 이상적인 선택이다. 이를테면 그것은 비교적 거칠지 않으며(약 2.5의 모스경도), 다양한 입자크기로 이용될 수 있으며, 수용성이고 알칼리성과 pH 조절을 위해 하수처리 설비를 취급하는데 흔히 사용된다. 소듐 바이카보네이트의 완화한 마모특성으로 예전에는 차아를 닦는 물질로 이용되어 왔었다.(미합중국 특허 제3,882,638 ; 3,972,123 ; 4,174,571 ; 4,412,402 ; 4,214,871 ; 4,462,803 ; 4,482,332 ; 4,487,582 ; 4,492,575 ; 4,494,932와 4,522,597호 참고)

분사매질로써 소듐 바이카보네이트의 사용에 따르는 근본적인 단점은 높은 밀도에 의해서나 더 중요하게는 높은 습도하에노출됨에 의해 응고되는 경향이 있다는 것이다. 이는 수분으로 충분히 포화된, 즉 90% 또는 그 이상의 상대습도를 가진 압축공기를 유출시키고 공기압축기로부터 기름성분의 오염물질을 함유하는 통상적인 분사조작에서 특히 심각하다. 아울러, 통상적으로 유용한 소듐 바이카보네이트 제품은 그들의 보통 입자크기분포와 결정형으로 인해 본질적으로 유동성이 좋지 않다.

소듐 바이카보네이트의 유동성과 항응고성을 개선하기 위한 유동보조제의 부가가 알려져 있다. 이를 테면 베이킹 퍼뮬라(baking formulas)와 치과용 공기분사 예방매질(dental air jet prophylaxis media)용으로 트리칼슘포스페이트(TCP)와 소듐 바이카보네이트를 섞은 것이 예전부터 적용되어 왔다. 이같은 물질의 부가는 바이카보네이트의 유동성과 항응고성을 충분히 개선시킨다. 그러나 TCP로 처리된 소듐카보네이트는 통상 조건하에서 3에서 6개월까지만의 유효기간을 갖는데, 이는 TCP가 포화될 때까지 수분을 흡수하여 그 생성물이 응고된 때문이다.

따라서 본 발명의 목적중에는 바이카보네이트를 함유하는 분사매질과 민감한 금속 및 합성물 표면으로부터 피막을 제거하는데 이같은 매질을 이용하는 방법의 제공이 포함된다. 이용되는 바이카보네이트 분사매질은 자유로운 유동성을 갖고 불리한 통상의 분사 조건하에서도 장기간의 보전성을 가지며, 높은 습도와 미세하게 조절된 높은 유속과 기압의 넓은 범위에서도 분사매질로써 이용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적과 잇점은 언급한 형태에 대한 다음의 설명으로 명백해질 것이다.

[발명의 개요]

본 발명에 따르면, 민감한 기질로부터 피막을 제거하는 방법은 약 10-150psi 압력하에서 충분히 포화된 압축기류가 표면에 분사되어진다는 것을 제시하는데, 이는 바이카보네이트의 중량에 대해 소수성 시리카 유동/항응고제를 적어도 약 0.2%, 보다 바람직하게는 약 0.2-3% 혼합한 약 100-500미크론, 바람직하게는 250-300미크론의 입자크기를 가지는 결정성 수용성 바이카보네이트 입자를 분사매질로써 내포하고 있다.

기질로부터 피막과 같은 부식생성물을 제거하는데는 비교적 큰 입자의 바이카보네이트가 기질에 손상을 주지 않고 아주 효과적이라는 것을 알아냈다. 이것은 소입자의 분사매질의 큰 입자의 분사매질보다 더 효과적으로 표면적에 잘 이용되고 있는 세척제라는 종래의 지혜에 위배되는 것이다. 더우기 대부분의 종래 분사적용에 있어, 분사재료의 고속이송속도가 결국 보다 높은 제조속도, 이를테면 피막의 급속제거를 유도한다. 그러나, 지시된 입자크기범위의 결정성 바이카보네이트 매질을 사용함으로써 0.5인치 직경의 노즐을 효과적으로 사용하도록 치수를 갖는 종래의 모래분사장치에서도 대략 3 내지 41b/min의 이송속도에서는 경제적인 제조속도를 얻을 수 있다. 이들 속도 이상에서는, 현저하게 높은 바이카보네이트 분사매질의 이송속도를 이용하더라도 거의 증가폭이 미미한 제조속도가 얻어질 뿐이다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 분사매질에의 소수성 실리카의 첨가는 의미있게도 유동보조제가 없는 비교매질이나 TCP 또는 친수성 실리카같은 통상적인 유동보조제를 함유하는 비교매질보다 더 나은 유동특성을 나타낸다. 아울러 본 발명의 소수성 실리카 유동보조제를 혼합한 바이카보네이트 분사매질은 현저하게 더 길고 충분한 무한정의 보존성을 가지며, 통상의 압축기류의 높은 상대습도에 대해서도 훨씬 잘 견딘다.

본 발명의 분사매질은 연마물질로써 결정성 소듐 바이카보네이트를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나 그 밖의 다른 결정성 수용성 바이카보네이트 예컨대 포타슘바이카보네이트 같은 알칼리 금속 바이카보네이트나 암모늄바이카보네이트도 비슷하게 적용될 수 있다. 따라서 다음 설명이 원칙적으로 바람직한 소듐 바이카보네이트 함유 분사매질을 언급하지만, 본 발명은 그밖의 다른 결정성 수용성 바이카보네이트 연마제를 혼합한 분사매질도 마찬가지로 포함한다고 이해된다.

소수성 실리카는 치과의 예방용으로 닦는 매질내의 유도 보조제로써 친수성 실리카와 혼합되어 예전부터 이용되어 왔다. 이들 매질은 통상의 분사매질과는 극적으로 다른 조건 하에서 적용된다. 이를테면 치과용의 예방매질은 약 65-70미크론의 입자크기를 가지는 바이카보네이트 입자를 함유하며, 약 50-100psi의 압력하에서 깨끗한 실험실 압축공기 공급기의 압력으로 1/16-1/32인치 노즐을 통하여 매분당 약 3g의 비율로 공급된다. 가장 중요하게는 이같은 공기 공급기는 충분히 수분으로 포화되지 않으며, 포화 압축분사 기류의 상태에서 통상의 분사매질의 적용에 있어서 고유의 본성과 꽤다른 유동성과 응고 문제를 나타낸다.

본 발명의 분사매질은 기본적으로 소수성 실리카 입자와 혼합된 소듐 바이카보네이트같은 결정성 수용성 바이카보네이트로 구성된다. 공지의 친수성 실리카들과는 달리 소수성 실리카는 수소결합하지 않은 실라놀기와 흡수된 물이 없다.

이에 대하여 분사매질에 이용되어질 수 있는 바람직한 소수성 실리카의 하나로 에어로실 R 972(데구싸 제품)이 있다. 이 물질은 응고된 순수한 실리콘 디옥사이드 에어로졸이며, 그의 표면에 있는 실라놀기의 약 75%는 화학적으로 디메틸디클로로실란과 반응하며, 그 결과적인 생성물들은 표면적 100㎡당 약 0.7mmol의 화학적으로 결합된 메틸기를 가지며 약 1% 탄소를 함유한다. 그것의 입자는 약 10-40nm직경으로 다양하며, 약 110㎡/g의 비표면적을 가진다. Angew. Chem. 72, 744(1960) ; F-PS 1,368,765 ; DT-AS 1,163,784에 더 충분히 설명된 것처럼 친수성 실리카의 불꽃가수분해에 의해 그것은 만들어질 수 있다. 이 물질에 대한 더 상세한 설명은 "에어로실의 기본특성과 응용"(데구싸 아게사 1986년 8월호)이란 기술공보에 실려있다.

소수성 실리카입자는 결정성 소듐 바이카보네이트 분사매질과 적어도 약 0.2중량% 및 약 3중량%까지의 비율로 혼합된다. 결정성 바이카보네이트 입자는 약 100에서 500미크론의 범위내에서 원하는 입자크기가 될 수 있다. 바람직하게는, 분사매질이 항공기 외부표면의 페인트 제거에 이용될 때, 약 250-300미크론의 평균 입자크기를 가지는 바이카보네이트 입자를 이용하는 것이 좋다.

이렇게 구성된 분사매질은 그 기질을 닳게 하거나 그렇지 않으면 손상시키거나 하지 않고, 알루미늄 또는 알루미늄 합금같은 민감물질이나 항공기 외부표면에 이용된 것같은 민감한 물질을 청소하거나 피막을 벗기는데 유용하다. 이같은 분사매질과 함께 다룰 수 있는 합성물은 에폭시 수지같은 매트리스를 포함하는데, 그것은 유리가닥같은 섬유나 흑연 또는 그런 유사물을 보강하여 함유할 수도 있다.

이렇게 구성된 분사매질은 통상적인 압축기류에 적용되는데, 그 기류는 수분(90% 또는 더 높은 상대습도)으로 충분히 포화된 것이며, 또 압축기로부터 기름성분의 오염물을 가진 것이다. 물의 첨가가 피막제거 속도를 약간 감소시킬 수도 있지만, 가공물의 냉각 및 먼지형성물의 제어를 위해 매질/공기흐름에 대해 물의 흐름을 부가시킬 수도 있다. 바이카보네이트/소수성 실리카 분사매질은 1/4인치 또는 더 큰 분사노즐로부터 약 10-150psi의 기압하에서 매분당 약 1-10파운드, 바람직하게는 대략 3 내지 4파운드의 비율로 적용될 수 있다.

앞에 언급한 것처럼 그리고 더 충분히 하기에서 증명된 것처럼, 본 발명에 따르면 이렇게 구성되고 적용된 분사매질은 응고되지 않으며 훌륭한 보존력을 가지며 자유로운 유동성을 가진다. 따라서 그들은 민감한 금속 및 합성물 표면의 피막을 제거시키는 통상적인 분사적업에 쉽게 적용될 수 있는 것이다.

[바람직한 구현예의 상세한 설명]

다음 실시예들은 본 발명의 분사매질의 자유로운 유동성(실시예 1), 및 높은 제조속도(실시예 2 및 3)를 나타낸다. 예에서 따로 표시하지 않는다면 모든 부와 퍼센트는 중량에 대한 값이며, 모든 온도는 ℉로 주어진다.

[실시예 1]

약 250-300미크론의 평균입자크기를 가진 두개의 결정성 소듐 바이카보네이트 샘플과 0.5%에어로실 R-972 소수성 실리카를 혼합한 한개의 소듐 바이카보네이트 샘플이 표준모래 분사장치내에 매질로써 이용되었다. 그 장치는 텍사스 휴스턴 소재의 슈미트 매뉴펙츄어링 인코포레이티드에 의해 만들어진 슈미트어커스트립 시스템(Schmidt Accustrip System)으로써 0.5인치 직경의 노즐과 1피트 정육면체 분사용기와 800cfm 압축기에 연결된 톰슨밸브(Thompson valve)를 가지고 있다. 그 분사용기는 매질유속을 측정할 수 있도록 측정척도를 장치했다.

각각의 바이카보네이트 제제는 분사용기 내의 분사매질을 통과할 때 수분으로 포화된 주위의 압축공기를 이용하여 60psig 압력에서 노즐을 통하여 분사되었다.

소수성 실리카 유동보조제가 없는 결정성 소듐 바이카보네이트 입자는 빨리 노즐을 막히게 하여 더 이상의 흐름을 방해하면서, 시스템을 통하여 간헐적으로 흘렀다. 지속적인 흐름은 유지할 수 없었다.

결정성 바이카보네이트-소수성 실리카 제제는 연속해서 매분당 1파운드에서 매분당 5파운드까지 다양히 조절된 속도로 65시간 이상 시스템을 통하여 흘렀으며, 유동성 문제에 부딪히진 않았다.

[실시예 2]

가로×세로의 폭이 2×2ft이고 두께가 0.032인치인 알루미늄제 시험패널들을 물로 처리하고, 인산용액으로 세척하고, 물로 헹구고, 알로다인 부식방지제를 바르고, 그리고 최종적으로 물로 헹구어서 세척시켰다. 에폭사이드 기폭제를 바른 후 패널을 공기중에 8시간동안 건조시켰다. 그런 다음 폴리우레탄 페인트를 바른 후 패널을 7일동안 건조시켰다. 그런 다음 패널을 210℉의 공기오분에서 96시간동안 숙성시켰다. 페인트 및 기폭제의 목적두께는 2밀(mil)이다.

분사매질의 유동속도를 조정하기 위해 적절한 오리피스플레이트로 맞추어진 분사포트속에 각종의 소듐 바이카보네이트 분사매질을 장입하였다. 이 분사매질은 99.5%의 소듐 바이카보네이트(상호 입자크기가 다름)와 0.5%의 에어로실 E972 소수성 실리카로 이루어졌다. 노즐압력은 60psi로 고정시켰고 매질은 소정의 이송속도를 주는데 충분한 압력차상태로 놓았다. 수압은 200psi의 압력으로 고정시켜 0.5gal/min의 유동을 나타냈다. 가공물과 더불어 형성된 분사노즐 각도는 60°로 고정시켰다. 매질이송속도는 2에서 41b/min로 변화시켰다.

패널의 페인트를 완전히 벗기는데 걸리는 시간을 기록하였다.

각 매질중의 바이카보네이트의 평균입자크기 및 제조속도는 다음과 같다.

이 데이타는 제3도에 요약되어 있는 것으로, 도면중 그래프 1은 21b/min, 그래프 2는 31b/min, 그리고 그래프 3은 41b/min에 대한 것이다.

이 데이타는 모든 이송속도에서 큰 평균입자크기의 소듐 바이카보네이트를 포함하고 있는 매질이 작은 입자를 가지는 매질보다 효과적이라는 것을 보여준다.

아울러 대략 31b/min의 매질유동속도에서 경제적인 제조과정이 얻어지고 또한 높은 이송속도에서는 제조속도가 개선되지 않는 것을 나타내고 있다.

[실시예 3]

실시예 1에서 설명한 약 250-300미크론의 평균입자크기를 가진 결정성 소듐 바이카보네이트를 0.5% 에어로실 R-972 소수성 실리카와 혼합한 분사매질을, -20매쉬 내지 +40매쉬의 입자를 가지는 조밀형 바이카보네이트를 0.5%의 동일 소수성 실리카 유동성보조제와 혼합한 분사매질과 비교했다. 각 매질을 실시예 2에서 설명한 방도로 알루미늄시험용 패널의 페인트를 벗기는데 사용하여 보았다. 각 매질로서 얻어진 최대제조속도를 하기 표 2로서 나타내었다. 하기 표는 조밀형 소듐 바이카보네이트를 포함하는 매질보다 결정성 소듐 바이카보네이트를 포함하는 분사매질을 이용하는 것이 더 증진된 제조속도를 얻을 수 있음을 보여주고 있다.

상기의 설명으로부터, 본 발명이 민감한 기질의 표면에서부터 페이트나 다른 피막을 청소하거나 제거하는 것에 관한 개선된 방법과 여기에 유용한 소듐 바이카보네이트를 함유하고 있는 분사매질을 제공하는 것임을 알 수 있다. 다양한 변화가 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않으면서 상기 언급된 바람직한 구현예에서 예시했던 분사매질과 분사방법에서 만들어질 수도 있다. 따라서 앞의 설명은 실례로써 제시한 것이며, 제한하는 의미의 것은 아니다.

Claims (8)

1. 민감한 금속 및 합성물 표면으로부터 피막을 제거시키기 위한 방법이, 상기 표면을 알칼리 금속과 암모늄 바이카보네이트로 구성된 그룹으로부터 선택된 평균입자크기가 100-500미크론 범위의 분사매질로서의 수용성 결정성 바이카보네이트 입자 및 바이카보네이트 중량의 0.2-3%의 수소성 실리카 유동/항응고제를 포함하는 고속의 물을 함유하는 유체흐름으로 분사시키는 것을 특징으로 하는 피막제거방법.
2. 제1항에 있어서, 유체 흐름이 10-150psi 압력상태의 포화 압축기류인 것을 특징으로 하는 피막제거방법.
3. 제1항에 있어서, 분사 흐름이 취급 표면에 대해 바이카보네이트 입자가 1-101b/min의 속도로 가해지는 것을 특징으로 하는 피막제거방법.
4. 제1항에 있어서, 바이카보네이트 입자가 250-300미크론의 평균입자크기를 가지는 것을 특징으로 하는 피막제거방법.
5. 제1항에 있어서, 바이카보네이트는 소듐 바이카보네이트인 것을 특징으로 하는 피막제거방법.
6. 민감한 금속 및 합성물 표면으로부터 피막을 제거시키기 위한 분사매질이 알칼리 금속과 암모늄 바이카보네이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 수용성 결정성 바이카보네이트 입자들로 구성되고, 상기 바이카보네이트 입자는 100-500미크론 범위 평균입자크기를 가지며, 또한 바이카보네이트의 중량의 0.2% 내지 3%의 소수성 실리카 유동성/항응고제와 혼합물로 구성된 것을 특징으로 하는 분사매질.
7. 제6항에 있어서, 바이카보네이트는 소듐 바이카보네이트이고, 소수성 실리카는 비수소결합된 실라놀기와 흡수된 물이 없는 것을 특징으로 하는 분사매질.
8. 제6항에 있어서, 바이카보네이트 입자가 250-300미크론 범위의 평균입자크기를 가지는 것을 특징으로 하는 분사매질.