KR100717699B1 - 금속 제품용 세정제 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세정 대상물인 금속 제품으로부터의 금속 용출을 방지함과 동시에, 금속 제품의 수소 취성을 방지할 수 있는 설팜산-하이드록시카르복시산계 세정제를 제공한다. 본 발명에 따른 세정제는 설팜산 및 적어도 1종의 하이드록시카르복시산을 포함하고, 상기 설팜산:적어도 1종의 하이드록시카르복시산의 배합 비율(중량비)이 (60∼95):(40∼5), 바람직하게는 (80∼95):(20∼5)이다. 특히, 상기 하이드록시카르복시산으로서 시트르산 및 말산을 사용하고, 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율(중량비)을 (80∼95):(10∼2.5):(10∼2.5)로 하는 경우에, 본 발명의 세정제는 높은 세정력을 제공하면서, 수소 취성 및 금속 용출 방지에서 최고 성능을 나타낸다.
세정제, 금속 용출, 수소 취성, 설팜산, 하이드록시카르복시산, 시트르산, 말산
Description
본 발명은 금속 제품용 세정제, 특히 칼슘 화합물이 부착된 금속 제품을 세정하는데 있어서, 금속의 수소 취성(hydrogen embrittlement) 및 금속 용출을 방지함과 동시에 우수한 세정 성능을 발휘하는 설팜산(sulfamic acid)-하이드록시카르복시산계 세정제에 관한 것이다.
종래에 음식물 찌꺼기가 분해됨으로써 생성되는 비수용성 유기물이 주방의 배수관 내벽에 부착되거나, 소변 등의 오물이 분해되어 생성되는 칼슘 화합물이 변기의 배수관 내벽에 부착되어, 배수관이 막히는 것이 문제가 되었다.
이 같은 배수관 내의 부착물(일반적으로 스케일(scale)이라 칭함)을 배수관으로부터 제거하는 효과가 높은 약품으로는 염산이나 황산 등의 강산성 무기산이 있으나, 이러한 약품을 사용하면 배수관을 형성하고 있는 재료까지 부식된다. 또한, 세정한 후의 배수가 환경 오염을 유발한다는 문제가 있다.
한 편, 배수관을 떼 내어 스케일을 물리적으로 제거할 수 있으나, 이 같은 세정 작업은 지저분하고도 어려움이 많다. 특히, 협소한 공간 내에 설치된 복잡한 배관을 분해하여 세정하는 작업에는 상당한 시간이 소요된다.
따라서, 상기와 같은 강산성 약품을 사용할 경우의 문제점을 해결하면서, 아 울러 스케일의 세정 능력이 높은 설팜산-하이드록시카르복시산계 세정제가 주목받고 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 제2000-63890호에는 말산, 시트르산과 같은 적어도 1종의 하이드록시카르복시산 화합물 및 적어도 1종의 설팜산을 포함하는 조성물로 이루어진 제거제에 대해 기재되어 있다. 상기 세정제는 무기산 또는 무기 알칼리를 이용하지 않으면 제거할 수 없었던 석회질화된 타타르(calcified tartar), 배수관 내벽에 부착된 스케일 등을 제거하는데 효과가 있으며, 아울러, 취급이 용이하고 환경 친화적인 세정제로서 안전하게 사용할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 일본 특개 제2000-64069호에는 설팜산 및 하이드로카르복시산을 필수 성분으로 함유하는 스케일 제거제가 기재되어 있으며, 상기 하이드록시카르복시산으로는 예를 들면, 글리콜산이나 말산을 이용하는 것이 바람직하다고 기재되어 있다. 아울러, 설팜산:하이드록시카르복시산의 배합 비율(중량비)이 5:95∼30:70인 것이 바람직하다고 되어 있다. 상기 제거제는 투석 기기 등에 부착된 스케일(주로, 탄산칼슘)을 용해하는데 우수한 성질을 나타내며, 종래의 세정제에 비해 금속 부식이 적다는 장점이 있다. 또한, 상기 제거제는 무취이고, 인체와 환경에 대해 안전성이 높다.
이처럼, 설팜산-하이드록시카르복시산계 세정제는 칼슘 화합물이 부착된 세정 대상물을 세정하는데는 유효하다. 그러나, 대부분의 산은 무기산, 유기산에 관계없이, 금속과 접촉하면 수소가 발생한다. 이 수소가 금속 내로 흡입되어 원자 상태의 수소가 입계(grain boundary) 등에 축적되어, 빈 자리 등으로 확산(vacancy diffusion)되면 금속에 균열(crack)이 발생한다. 즉, 금속의 수소 취성이 발생하게 된다. 한 편, 설팜산은 금속 표면과 접촉하는 경우에 금속 이온을 용출하는 성질이 강하다고 알려져 있다. 전술한 세정제나 제거제는 스케일의 제거 성능이 우수한 동시에, 인체나 환경에 안전하다는 장점이 있다. 그러나, 세정 대상물로부터의 금속 용출량을 감소시키면서 대상 세정물의 수소 취성을 방지해야 하는 측면에서 볼 때, 전술한 세정제나 제거제는 여전히 개선의 여지가 있다. 특히, 일본 특개 제2000-64069호에 기재된 제거제는 하이드록시카르복시산량이 설팜산량보다 크기 때문에, 세정제 대상물의 재질에 따라서 금속의 수소 취성이 심각한 문제가 될 우려가 있다.
따라서, 본 발명은 세정 대상물인 칼슘 화합물 등이 부착된 금속 제품을 세정하는데 있어서 높은 세정력을 제공하고, 아울러 금속의 수소 취성 및 금속 용출을 억제하는 능력이 우수한 설팜산-하이드록시카르복시산계 세정제를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
즉, 본 발명의 세정제는 설팜산 및 적어도 1종의 하이드록시카르복시산을 포함하는 세정제로서, 상기 설팜산:적어도 1종의 하이드록시카르복시산의 배합 비율이 (60∼95):(40∼5), 더욱 바람직하게는 (80∼95):(20∼5)이다.
특히, 상기 하이드록시카르복시산으로서 시트르산 및 말산을 사용하고, 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율이 (80∼95):(10∼2.5):(10∼2.5)인 경우에는, 우수한 세정 성능을 얻을 수 있는 동시에, 세정 대상물의 수소 취성 및 금속 용출을 억 제하는데 최고의 성능이 발휘된다.
본 발명의 특징 및 효과는 이하에 상술할 본 발명을 실시하기 위한 최선의 실시 형태에 기초하여 보다 명확하게 이해될 것이다.
(본 발명을 실시하기 위한 최선의 실시 형태)
본 발명의 세정제에 사용되는 설팜산을 예시하면, 설팜산, 아미도설폰산의 N-알킬 및 N-알릴 유도체 등을 들 수 있다.
또한, 상기 하이드록시카르복시산은 분자 구조 내에 알코올성 수산기 및 카르복시기를 포함하는 것을 총칭하는 것이다. 본 발명에서 사용되는 하이드록시카르복시산을 예시하면, 말산, 시트르산, 글리콜산, 락트산, 타타르산, 하이드로아크릴산, α-하이드록시부티르산, 글리세르산, 타르트론산(tartronic acid), 살리실산, 메타-하이드록시벤조산, 파라-하이드록시벤조산, 갈산, 만델산 및 트로프산(tropic acid)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 특히, 상기 하이드록시카르복시산으로서 말산 및/또는 시트르산을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기 설팜산 및 하이드록시카르복시산의 배합 비율이 대단히 중요하다. 즉, 본 발명에서는 상기 설팜산:하이드록시카르복시산의 배합 비율(중량비)이 (60∼90):(40∼5)인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 배합 비율이 (80∼95):(20∼5)이다. 상기 하이드록시카르복시산의 배합 비율이 40을 초과하는 경우에는 세정제의 세정력은 유지되나 세정 대상물의 금속에 수소 취성이 유발될 우려가 있다. 또한, 상기 하이드록시카르복시산의 배합 비율이 5 미만인 경우 에는 설팜산-하이드록시카르복시산계 세정제로서의 세정력이 저하되고, 설핌산에 의한 금속 이온의 용출량이 현저하게 증대된다.
특히, 본 발명에서는 상기 하이드록시카르복시산으로서 시트르산 및 말산을 이용하여, 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율(중량비)을 (80∼95):(10∼2.5):(10∼2.5)로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 경우에서는 상기 시트르산 및 말산을 동일한 양으로 하는 것이 바람직하다. 이하의 실시예에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 특히 세정력, 세정 대상물의 수소 취성 방지 및 세정 대상물로부터의 금속 용출 억제 성능이 모두 우수한 세정제를 제공한다.
이하, 본 발명의 금속 제품용 세정제를 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다.
실시예 1 내지 실시예 7, 및 비교예 1 내지 비교예 5
(1) 세정 용액의 제조
설팜산, 시트르산, 말산을 표 1에 따른 배합 비율로 혼합하여 세정제를 제조하였다. 이어서, 상기 세정제에 소정량의 물을 첨가하여 10% 수용액을 제조하였다. 그런 다음, 상기와 같이 제조한 수용액을 각각 실시예 1 내지 실시예 7, 및 비교예 1 내지 비교예 5의 세정 용액으로서 사용하였다.
표 1
중량% | 설팜산 | 시트르산 | 말산 |
실시예 1 | 90 | 5 | 5 |
실시예 2 | 85 | 7.5 | 7.5 |
실시예 3 | 85 | 15 | 0 |
실시예 4 | 85 | 0 | 15 |
실시예 5 | 80 | 10 | 10 |
실시예 6 | 70 | 15 | 15 |
실시예 7 | 60 | 20 | 20 |
비교예 1 | 100 | 0 | 0 |
비교예 2 | 10 | 0 | 90 |
비교예 3 | 20 | 40 | 40 |
비교예 4 | 40 | 60 | 0 |
비교예 5 | 0 | 100 | 0 |
(2) 세정력
상기와 같이 수행하여 얻은 세정 용액 500 ㎖를 비이커에 넣은 다음, 소정량의 탄산칼슘(고체)를 투입하였다. 이어서, 서서히 교반(매분 약 30 회전)하면서 소정 시간마다 탄산칼슘의 용해량을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2
용해량(g) | 시험 개시 후 경과한 시간 | |||
5분 | 10분 | 15분 | 20분 | |
실시예 1 | 12 | 20 | 24 | 29 |
실시예 2 | 11 | 18 | 20 | 22 |
실시예 3 | 11 | 18 | 20 | 22 |
실시예 4 | 11 | 18 | 20 | 22 |
실시예 5 | 10 | 17 | 18 | 20 |
실시예 6 | 10 | 17 | 18 | 20 |
실시예 7 | 10 | 15 | 17 | 19 |
비교예 1 | 15 | 25 | 30 | 40 |
비교예 2 | 5 | 10 | 12 | 15 |
비교예 3 | 5 | 10 | 12 | 15 |
비교예 4 | 7 | 12 | 15 | 18 |
비교예 5 | 3 | 7 | 9 | 10 |
(3) 금속 용출 방지 성능
세정 용액에 의한 세정 대상물의 부식성을 평가하기 위해, 세정에 의한 세정 대상물로부터의 티타늄 이온 용출량을 측정하였다. 세정 대상물로는 15 ㎝×15 ㎝×6 ㎜의 형상을 갖는 구리판(JIS SS41: 일반 구조용 압연 구리재)을 이용하였다. 시험 온도는 20℃로 하였다. 티타늄 이온 용출량은 시험 개시 시점으로부터 각각 1시간, 24시간, 48시간, 120 시간이 경과한 때 유도결합형 플라즈마 발광 분광분석법에 따라 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3
티타늄 이온 용출량 (㎍/㎖) | 시험 개시 후 경과한 시간 | |||
1시간 | 24시간 | 48시간 | 120시간 | |
실시예 1 | <0.1 | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
실시예 2 | <0.1 | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
실시예 3 | <0.1 | 0.18 | 0.25 | 0.30 |
실시예 4 | <0.1 | 0.16 | 0.21 | 0.25 |
실시예 5 | <0.1 | 0.15 | 0.20 | 0.22 |
실시예 6 | <0.1 | 0.16 | 0.21 | 0.25 |
실시예 7 | <0.1 | 0.16 | 0.21 | 0.25 |
비교예 1 | <0.1 | 0.30 | 0.40 | 0.55 |
비교예 2 | <0.1 | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
비교예 3 | <0.1 | <0.1 | <0.1 | 0.10 |
비교예 4 | <0.1 | <0.1 | <0.1 | 0.15 |
비교예 5 | <0.1 | <0.1 | <0.1 | <0.1 |
(4) 수소 취성 방지 성능
세정 용액에 의한 세정 대상물의 수소 취성을 평가하기 위해, 티타늄 시험편을 1주 동안 실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1 내지 비교예 5의 세정 용액에 침적시켰다. 이어서, 상기 각각의 시험편에 대해 이하의 응력 부하 시험을 반복 수행하여 시험편에 균열이 발생할 때까지 응력 부하 회수를 계산하였다. 상기 시험편으로는 2 ㎜(두께)×20 ㎜(폭)×100 ㎜(길이)의 치수를 갖는 티타늄판을 이용하 였다. 상기 응력 부하 시험은 세정 용액에 1주 동안 침적시킨 티타늄판을 캔틸레버(cantilever) 양식으로 한쪽 끝에 고정하였다. 직경이 10 ㎜인 환봉(round bar)을 푸시 로드(push rod)로 사용하여, 압력이 약 2 ㎏, 스트로크 폭이 2 ㎜, 시험 온도 20℃, 압력 빈도 1회/초의 조건 하에서, 상기 티타늄판의 다른쪽 끝으로부터 약 25 ㎜ 부근에 반복적으로 응력을 부하하였다. 상기 티타늄판에 발생한 균열이 육안으로 확인될 때까지 상기 시험을 지속하였다. 균열이 발생할 때까지 필요한 응력 부하 회수가 적을수록, 수소 취성에 따른 티타늄판의 재료 열화도는 커진다. 다시 말하면, 이는 균열이 발생할 때까지 필요한 응력 부하 회수가 많아질수록, 세정 용액의 수소 취성 방지 능력이 크다는 것을 뜻한다. 상기 시험 결과를 표 4에 나타낸다.
표 4
균열이 발생할 때까지의 응력 부하 회수 | |
실시예 1 | 3525 |
실시예 2 | 3530 |
실시예 3 | 3550 |
실시예 4 | 3510 |
실시예 5 | 3580 |
실시예 6 | 2815 |
실시예 7 | 2803 |
비교예 1 | 3550 |
비교예 2 | 1800 |
비교예 3 | 1815 |
비교예 4 | 2500 |
비교예 5 | 1800 |
(5) 결과
이상의 시험 결과를 통해, 설팜산 100%의 세정제(비교예 1)를 사용한 경우에 는 수소 취성의 문제가 나타나지 않았다. 그러나, 비교예 1의 세정제는 금속(티타늄) 이온 용출량이 매우 크기 때문에 세정제로는 적합하지 않았다. 또한, 시트르산 100%의 세정제(비교예 5)를 사용한 경우에는 금속 용출량이 감소하였다. 그러나, 세정력이 크게 저하되고 수소 취성이 발생하기 쉬워, 비교예 5의 세정제는 본 발명의 목적에 부합되는 금속 제품용 세정제로서는 적합하지 않았다. 아울러, 본 발명과 상이한 조성으로 이루어진 비교예 2 내지 비교예 4의 설팜산-하이드록시카르복시산계 세정제에서는 세정 능력이 어느 정도 높게 나타났으며, 금속 용출량이 감소하였다. 그러나, 수소 취성이 발생하여, 응력 부하 회수가 적었음에도 균열이 발생하였다. 이들 결과를 통해, 비교예의 배합 조성으로는 (1) 세정력, (2) 금속 용출 방지 능력, (3) 수소 취성 방지 능력의 세 가지 특성이 모두 우수한 세정제를 제공할 수 없음을 확인할 수 있다.
이에 반해, 실시예 1 내지 실시예 7의 결과에서는 본 발명의 조성 범위에서 높은 세정력을 유지하면서 수소 취성 및 금속 용출을 억제하는 능력이 우수한 세정제를 제공할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 실시예 1 및 실시예 2의 배합 조성으로 제조한 세정제에서는 조성의 대부분(80% 이상)을 설팜산으로 하고, 그 나머지를 동일한 양의 시트르산 및 말산으로 구성함으로써, 설팜산 100%의 세정제를 사용한 경우 얻을 수 있는 세정력의 약 70% 또는 그 이상을 유지할 수 있으며, 아울러 금속 이온 용출량은 그의 1/5 이하로 저하되었다. 아울러, 수소 취성 방지 성능에 있어서는 설팜산 100%의 세정제와 동일한 결과를 얻었다.
따라서, 설팜산 100%의 세정제에서 얻어지는 높은 세정력과 수소 취성 방지 능력을 유지하면서도, 설팜산 100%의 세정제가 갖는 최대 결점인 금속 용출 방지 성능의 저하를 극복할 수 있어, 본 발명의 실시예 1이나 실시예 2의 배합 조성을 갖는 세정제, 즉, 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율이 (80∼95):(10∼2.5):(10∼2.5)인 세정제를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 금속 세정제는 설팜산 및 적어도 1종의 하이드록시카르복시산을 포함하며, 상기 설팜산:적어도 1종의 하이드록시카르복시산의 배합 조성(중량비)이 (60∼95):(40∼5), 더욱 바람직하게는 (80∼95):(20∼5)인 것을 특징으로 하며, 세정력, 세정 대상물로부터의 금속 용출 방지, 아울러 금속의 수소 취성 방지 능력이 우수하다.
항공, 선박 및 철도 등과 같이 안전한 서비스를 제공하는 것이 가장 중요시되는 업계에서는 항공기, 선체나 차량 등의 세정에 이용되는 세정제를 선정할 때, 금속 피로(fatigue)의 원인이 되는 수소 취성 문제가 중시된다. 한 편, 과밀한 운행 스케줄에 대응하여 세정이나 보수에 필요한 시간을 단축하는 것, 즉, 우수한 세정력을 유지하는 것도 중요한 조건이다. 이처럼 엄격한 요구에 부합되는 세정제로는, 하이드록시카르복시산으로서 시트르산 및 말산을 사용하고, 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율이 (80∼95):(10∼2.5):(10∼2.5)인, 예를 들면 실시예 1 또는 실시예 2의 세정제를 사용하는 것을 특히 추천한다.
본 발명의 금속 제품 세정제는 항공기, 선체나 철도 차량 등에 제한되지 않고, 수소 취성이나 금속 용출이 문제되는 다양한 분야에 사용될 수 있고, 환경 친 화적이며 세정 능력이 높은 세정제로서 산업 상 이용 가치가 높다.
Claims (5)
- 설팜산, 시트르산 및 말산을 포함하고,상기 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율(중량비)이 80∼95:10∼2.5:10∼2.5인 것을 특징으로 하는 금속 제품용 세정제.
- 설팜산, 시트르산 및 말산을 포함하고,상기 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율(중량비)이 85:7.5:7.5인 것을 특징으로 하는 금속 제품용 세정제.
- 설팜산, 시트르산 및 말산을 포함하고,상기 설팜산:시트르산:말산의 배합 비율(중량비)이 90:5:5인 것을 특징으로 하는 금속 제품용 세정제.
- 삭제
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 기재에 따른 세정제를 물에 희석하여 얻어진 세정용 수용액.
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