KR970008261B1 - 내연기관용 냉각부동액의 첨가제 조성물 - Google Patents

Abstract

요약없음

Description

내연기관용 냉각부동액의 첨가제 조성물

제1도는 주행기간에 따른 안식향산염 방식제의 잔존률을 그래프로 표시한 것이다.

제2도는 주행기간에 따른 트리아졸 방식제의 잔존률을 그래프로 표시한 것이다.

제3도는 주행기간에 따른 인산염계 방식제의 잔존률을 그래프로 표시한 것이다.

제4도는 주행기간에 따른 질산염계 방식제의 잔존률을 그래프로 표시한 것이다.

제5도는 주행기간에 따른 규산염계 방식제의 잔존률을 그래프로 표시한 것이다.

제6도는 주행기간에 따른 붕산염계 방식제의 잔존률을 그래프로 표시한 것이다.

본 발명은 내연기관에 사용되는 부동액 및 그것의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 무독성인 안식향산염을 1-4% 함유하고 인산염을 0.5-2.5% 함유하는 것을 특징으로 하는 부동액 및 그것의 제조방법에 관한 것이다.

자동차 엔진 같은 내연기관의 냉각 장치에 사용되는 열교환 매체로는 물이 가장 적당하다. 그러나 열교환 매체로 순수한 물만을 사용하는 경우 0℃ 이하의 기온에서는 동결하여 기기의 동파를 유발할 수 있으며, 내연기관의 재질로 사용된 각종 금속의 부식을 일으켜 냉각 장치의 수명을 단축시키는 단점이 있다. 따라서 오래전부터 냉각수의 어는점을 낮추고 끓는점을 높여 넓은 온도 범위에서 사용하기 위하여, 냉각수에 물과 잘 혼합되는 에틸렌 글리콜을 첨가하고 있다. 그러나 유기물인 에틸렌 글리콜은 자체가 부패하기 쉬울 뿐 아니라 엔진이나 냉각기관의 금속표면을 부식시킨다. 이 부식 현상은 냉각액의 산도가 높아짐에 따라 심해지는데 냉각액을 높은 온도에서 계속 사용하면 에틸렌 글리콜이 분해되어 유기산이 발생하므로 냉각액의 산도가 높아져 부식 정도는 더 심해진다. 따라서 냉각장치에 사용된 부동액은 일정한 예비알칼리도를 유지하도록 규정되어 있으며, 또한 부식방지제를 넣도록 요구되고 있다. 금속 부식방지 및 노화방지 첨가제로서 사용되어 왔던 첨가제를 크게 분류하면 무기물계와 유기물계로 나눌 수 있는데, 무기물계로서는 붕산염, 질산염, 아질산염, 텅스텐염, 몰리브덴염, 인산염, 규산염, 크롬산염, 황산염, 탄산염 등이 사용되어져 왔으며 유기물계로서는 아민류, 니트로화합물, 안식향산염, 트리아졸류, 유기실란, 페놀류, 탄닌멀캅토염 등이 있다.

부동액은 금속의 전기화학적인 전위차 발생과 산화로 인한 부식 및 냉각수 흐름에서 발생하는 기포에 의한 부식을 방지하고, 냉각 장치를 구성하는 고무재질의 워터호스 및 플라스틱류에 악영향을 막아주는 기능을 하여야 하므로 이러한 목적을 달성하기 위한 여러가지 화합물을 함유하도록 제조하는 것이 효과적인 것으로 알려져 있다.

특히 내연기관의 냉각장치는 단일한 재료로 이루어지는 것이 아니라 각종 금속 및 비금속재료 즉, 알루미늄, 주철, 구리, 황동, 땝납 등으로 구성되므로 이들 재료가 모두 부식되지 않도록 하기 위하여 부동액에 다양한 화합물질이 첨가되어야 한다.

자동차 엔진의 주재료가 주철인 경우에는 주요 첨가제로 보론산 나트륨 등의 붕산염을 사용한 부동제가 널리 사용되었다(P. Wessler, Auto motive Cooling Journal, 26, 1983, 34). 붕산염은 주철재료를 보호하며 pH 완충작용이 뛰어나므로 우수한 효과를 발휘하는 첨가제로 사용되었으나, 자동차 경량화 추세에 따라 알루미늄 재질의 엔진 및 라디에타가 널리 보급되면서 붕산염이 오히려 알루미늄 재질을 부식시키는 요인이 되어 각 자동차 제조회사에서는 붕산염을 첨가제로 사용한 부동액의 사용을 규제하게 되었다(일본 특허 49-509).

알루미늄 재질의 냉각기관에 사용될 수 있는 부동액을 제조하기 위한 노력을 바탕으로, 붕산염 첨가제를 대신하여 아민류를 첨가제로 사용한 부동액이 널리 사용되었으나 아민류 첨가제가 발암성 물질임이 밝혀지면서 이 역시 사용을 규제하는 곳이 늘어났다(Benz사 DBL 7700, General Motors사 0240, 현대자동차 MS 591-8등).

규산염 첨가제는 알루미늄 재질에 대한 금속 부식방지 기능이 특히 우수한 것으로 알려져 있으나(미국 특허 3,198,820호), 저장안정성이 좋지 않아 규산염을 함유하는 부동액을 오랫동안 저장하거나 사용하면 겔화되거나 이로 인해 실리카겔 침전물이 석출된다. 그 결과 실리카겔이 냉각기의 금속표면에 석출되어 열전도율이 저하되고, 재질의 부식방지 효과도 감소돨 뿐 아니라 라디에타 폐쇄나 워터펌프의 누수를 일으키는 원인이 된다. 이와 같은 겔화 현상은 에틸렌 글리콜이 산화되어 발생하는 유기산에 의해 더욱 촉진된다. 이와 같은 규산염의 단점을 보완하기 위하여 부동액에 유기규소 화합물을 함께 사용하여 이를 예방하는 방법이 제시되었으나(유럽 특허 834019119, 미국 특허 4,462,921, 미국 특허 4,287,077, 미국 특허 4,485,025), 이러한 유기규소화합물을 사용하여도 재질의 부식을 방지할 수 있는 수명이 짧아 부동액의 사용 가능 기간이 짧으므로 일본의 스즈끼사 또는 닛산사의 경우 이것의 사용을 금지하고 있다.

따라서, 오랜기간의 운전 사용 중에도 냉각수에 사용된 부동액의 첨가제 농도가 초기 상태를 최대한 유지되며, 냉각 장치의 각종 금속을 보호할 수 있는 부동액이 요망되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 연구한 결과 본 출원인들은 알루미늄 재질의 부식을 방지시키는 효과는 있으나 기타 문제점으로 인해 사용이 어려운 첨가제 즉 아민류 첨가제 또는 규산염 첨가제를 사용하지 않고도 바람직한 부동액을 제조할 수 있음을 알게 되었다.

본 발명은 안식향산 또는 안식향산염 0.5-5.0%, 인산염 0.2-2.5%, 질산염 0.1-0.6%, 바나듐염 0.02%-0.1% 및 몰리브덴산염 0.1-0.5%와 임의로, 벤조트리아졸 0.1-1.0%, 톨리트리아졸 0.1-1.0%를 함유하는 것을 특징으로 하는 부동액 조성물에 관한 것이다.

알맞은 첨가제를 선택하기 위하여 각 첨가제의 수명을 시험해 본 결과 안식향산염, 인산염 및 질산염 등은 수명이 긴 것으로 판명되었으나, 규산염, 멀캅토벤조티아졸염 등은 쉽게 고갈되어 초기의 부식방지 환경이 빨리 저하되는 것을 관찰할 수 있었다.

본 발명에 따른 부동액의 성분 중 인산염은 부동액과 혼합되는 냉각수 중의 경도성분, 예를들면 칼슘염 또는 마그네슘염에 의해 침전이 생기는 단점이 있으나, 적당량을 사용하면 수명이 길며, 특히 알루미늄 재질의 워터펌프를 보호하는 작용을 하며, 트리아졸계 방식제는 동 및 황동 재질 금속의 부식방지 기능이 우수하다.

본 발명에 따른 안식향산염, 인산염, 질산염, 바나듐산염 및 몰리브덴산염으로는 여러가지 금속염이 사용될 수 있으며, 나트륨염 및 칼륨염이 바람직하다.

이들 첨가제 각각은 이미 그 기능이 알려져 있으나 각각을 단독으로 사용하는 경우, 본 발명의 효과인 여러 가지 금속을 동시에 보호하는 효과를 얻을 수는 없다. 또 혼합하여 사용하는 경우에도 각 첨가제의 사용량이 너무 적거나 많은 경우 부식방지 기능이 제대로 발휘되지 못할 뿐 아니라 사용수명이 짧으며 원가가 상승할 수 있다.

pH가 너무 높아 강 알칼리성인 경우에는 알루미늄 재질에 부식을 일으키며 pH가 7 이하인 경우에는 산성이어서 주철, 강 등에 부식을 일으키므로 약 알칼리성인 pH 7.0-8.5 사이로 조절하는 것이 중요하다. 부동액의 pH에 대해, KS 규격에서는 pH의 규격치를 7.0-11.0로 규정하고 있으나 자동차 제조업체 요구 규격에서는 pH을 7.0-9.0으로 규제하는 곳이 많다. 다음의 실시예는 상술한 여러가지의 실험정보와 각종 자동차 제조업체의 규격 등을 참작하여 실시한 것으로 본 발명을 더욱 상세히 설명해줄 것이나 본 발명을 이에 국한하지 않는다.

실시예 1

첨가제의 수명 조사

안식향산염, 트리아졸염, 인산염 및 질산염 첨가제 각각에 대하여 시간의 경과에 따른 첨가제의 잔존률을 조사하였다. 에틸렌 글리콜 92.2%, 이온제거수 3%, 안식향산나트륨 1.0%, 안식향산 0.3%, 삼인산칼륨 1.0%, 이인산나트륨 1.0%, 질산나트륨 0.3%, 바나듐산나트륨 0.1%, 벤조트리아졸 1.0%, 몰리브덴산나트륨 0.1%, 색소 0.001%, 소포제 0.0005%로 구성된 부동액을 조제하였다. 이것을 KS M 2142의 순환 부식성 시험방법에 따라 운전하면서 운전기간 중의 첨가제의 농도 변화를 이온크로마토그래피 분석기로 측정하였다.

그 결과를 제1도 내지 제4도에 표시하였다.

실시예 2

첨가제의 수명 조사

붕산염 첨가제와 규산염 첨가제 각각에 대하여 시간의 경과에 따른 첨가제의 잔존률을 조사하였다.

일반적인 부동액 배합 농도인 미국 General Motors사의 표준 배합비 6038-M에 따른 부동액을 조제하였다.

실시예 1과 동일한 방법으로 각 첨가제의 잔존률을 측정하였으며 그 결과를 제5도 및 제6도에 표시하였다.

실시예 3

부동액의 특성

여러가지 첨가제를 표 1에 기재된 비율로 혼합하여 시료 1-시료 6의 배합 조성비를 갖는 부동액 시료를 제조하였다. 이들 각 시료를 한국공업규격 KS M-2142 부동액 실험방법에 따라 어는점, pH, 예비알칼리도, 금속의 부식방지 정도, 비중, 끓는점, 거품성 등 순환부식성 부동액의 특성을 조사하였다. 그 결과를 표 2, 표 3에 기재하였다.

[표 1]

부동액의 조성물

[표 2]

부동액의 특성

[표 3]

부동액의 특성

Claims (4)

1. 안식향산 또는 안식향산염 0.5-5.0%, 인산염 0.2-2.5%, 질산염 0.1-0.6%, 바나듐산염 0.02%-0.1%, 몰리브덴산염 0.1-0.5%를 함유하며 pH가 7.0-8.5인 것을 특징으로 하는 내연기관용 냉각 부동액.
2. 제1항에 있어서, 상기 안식향산염, 인산염, 질산염, 바나듐산염 및 몰리브덴산염이 각각 나트륨염 또는 칼륨염인 것을 특징으로 하는 부동액.
3. 제1항에 있어서, 상기 부동액이 벤조트리아졸 0.1-1.0% 또는 톨리트리아졸 0.1-1.0%를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 부동액.
4. 제1항에 있어서, 상기 부동액이 벤조트리아졸 0.1-1.0% 및 톨리트리아졸 0.1-1.0%를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 부동액.