KR100738139B1 - 부동액 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부동액 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 부동액 조성물 구성 시 동과 황동재질의 방식과 알루미늄, 철계 재질의 안정적인 방식을 위해 아졸, 티아졸, 또는 그 유도체 화합물을 공통적으로 사용하였으나 부동액의 수명이 짧고, 각종 금속과 염을 형성하여 부식을 일으키는 단점을 보완하기 위해 본 발명의 조성물은 화학적으로 안정하고 고갈 소모속도가 느린 대체 첨가제의 병행 사용으로 시너지 효과를 일으켜 장기간 냉각 장치의 각종 금속 부품을 효과적으로 보호하며, 현저히 향상된 내식성과 내화학성을 제공함으로써, 특히 자동차에 사용하는 부동액 제조에 매우 적합하게 사용할 수 있는 부동액 조성물에 관한 것이다.
동결방지제, 유기산, 내식성, 내화학성, 부동액

Description

부동액 조성물 {Composition of Antifreezing Liquid}
본 발명은 부동액 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 부동액 조성물 구성 시 동과 황동재질의 방식과 알루미늄, 철계 재질의 안정적인 방식을 위해 아졸, 티아졸, 또는 그 유도체 화합물을 공통적으로 사용하였으나 부동액의 수명이 짧고, 각종 금속과 염을 형성하여 부식을 일으키는 단점을 보완하기 위해 본 발명의 조성물은 화학적으로 안정하고 고갈 소모속도가 느린 대체 첨가제의 병행 사용으로 시너지 효과를 일으켜 장기간 냉각 장치의 각종 금속 부품을 효과적으로 보호하며, 현저히 향상된 내식성과 내화학성을 제공함으로써, 특히 자동차에 사용하는 부동액 제조에 매우 적합하게 사용할 수 있는 부동액 조성물에 관한 것이다.
현재 시중에 유통되고 있는 부동액의 교환주기는 대부분이 2년이며 2년이상 사용 시 냉각장치의 각종 금속재질을 보호하기에 부적합한 조성물로 구성되어 있는 경우가 대부분이다. 부동액의 사용기간에 대한 장수명화가 요구되면서 많은 새로운 첨가제가 연구 개발되고 있다.
현재 상업용으로 시판되고 있는 부동액은 아졸, 티아졸, 또는 이들의 유도체 화합물을 포함하고 있다. 그러나 이들 첨가제 중 티아졸계인 메르캅토벤조티아졸은 초기 동과 황동계열 재질에 대해 방식성은 좋으나 빛이나 열에 의해 쉽게 이량체로 변성하여 방식성을 잃거나 냉각시스템의 순화로를 순환하면서 금속와 염을 형성하여 각종 트러블을 일으킬 수도 있으며, 아졸계열보다 소모속도가 더 빨라 부동액 수명단축의 요인이 되고 있다.
벤조트리아졸, 토릴트리아졸, 이미다졸과 그 유도체 화합물인 아졸계열 화합물은 동, 황동, 철계 재질에 대한 부식방지 성능은 우수하나 소모속도가 빨라 부동액의 수명을 단축시키는 역할을 하며, 고무류의 비금속과 냉각시스템 내에서 생성되는 금속이온 등과 반응 하여 불용성 염류와 침전형성 및 액흐림 현상을 일으키는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 종래의 부동액이 가진 짧은 수명과 부식 문제점을 해결 하고자 노력 하였다.
그 결과 아졸, 티아졸, 및 이들의 유도체 화합물을 배제하고, 동결방지제, 유기산, pH 완충제, 방식제, 소포제, 및 이온교환수를 혼합하여 장기간 알루미늄과 철계방식성능을 높이고 방식성이 향상된 부동액 조성물을 완성하였다.
따라서, 본 발명은 방식성 향상과 특히 장기간 사용이 가능한 부동액 조성물을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 동결방지제 85 ~ 98 중량%;
C4 ~ C14 인 모노 또는 디카르복시산의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염인 유기산 0.1 ~ 6 중량%;
하기 화학식 1을 포함하는 방식제 0.01 ~ 1 중량%;
소포제 0.001 ~ 0.1 중량%; 및
이온교환수 0.1 ~ 5 중랑%를 함유하는 부동액 조성물에 특징이 있다.
[화학식 1]
Figure 112006053910446-pat00001
상기 화학식1에 있어서 X1은 -OH, -COOH, -CH3, -CH2PO(OH)2, SO3H, 및 -OCH2 CH2(OH)CH2 SO3H 이며, X2는 C1 ~ C8 의 직쇄 및 분지 알킬기를 나타내고, ℓ은 1 ~ 8 의 정수, m은 1 ~ 16의 정수, n은 1 ~ 20의 정수를 나타낸다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 아졸, 티아졸, 및 그들의 유도체화합물을 배제하고, 동결방지제, 유기산, pH 완충제, 방식제, 소포제, 및 이온교환수를 혼합하여 장기간 알루미늄과 철계방식성능을 높이고 방식성이 향상된 부동액 조성물 이다.
본 발명은 아졸, 티아졸, 및 이들의 혼합물을 배제하고, 상기 화학식 1을 포함하는 방식제를 사용하여 부식 방지성능이 우수하며, 고갈 소모속도가 빠르지 않고, 서로 상승 작용을 일으켜 장기간 부식을 방지하게 되는 것이다.
즉 본 발명은 부식방지 성능이 우수하고 장기간 방식특성을 갖는 상기 화학식 1을 포함하는 성분을 특정비로 혼합 사용한 것에 기술 구성상의 특징이 있다.
이러한 본 발명의 부동액 조성물의 각 구성 성분에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 사용하는 동결방지제는 알코올과 글리콜계 동결방지제로 메탄올, 에탄올, 프로판올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 및 글리세롤 등 중에서 선택된 1 종 또는 2종 이의 혼합물을 사용 하며, 더욱 바람직하게는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 및 디프로필렌글리콜 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 선택 사용한다. 사용 함량 범위는 85 ~ 98 중량% 범위이며, 85 중량% 미만 사용 시 기온이 영하로 내려가는 겨울철 냉각시스템 재질의 동파 위험성이 있으며, 기온이 올라가는 여름철에는 끓는점 저하로 인한 오버히트 현상을 일으킬 수 있다. 또한 98 중량% 초과 시 부식방지제 사용량이 적어 장기간 부식방지 역할을 하기 어려워 부동액의 전체적인 품질을 떨어뜨릴 위험성이 있다.
본 발명에서 사용하는 C4 ~ C14인 모노 또는 디 카르복실산의 알칼리 금속염 또는 알칼리토금속염으로 구성된 유기산은 알루미늄계와 철계의 부식방지에 사용하며, 0.1 ~ 6.0 중량% 범위로 사용한다. 함량이 0.1 중량% 미만 사용 시 방식량이 적어 알루미늄과 철계 재질의 부품에 대해 충분한 방식효과를 기대할 수가 없으며, 6.0 중량% 초과 사용 시 과량 사용으로 인한 액의 안정성이 떨어지고 유기산의 용해시간의 과다 소요 및 경제성이 떨어질 수 있다. 여기에 해당하는 구체적인 유기산은 탄소수가 C6 ~ C14의 지방족 또는 방향족 모노카르복시산으로서 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 2-에틸헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 네오옥탄산, 노난산, 데칸산, 네오데칸산, 운데칸산, 도데칸산, 벤조산, 메틸벤조산, 에틸벤조산, 테트부틸벤조산, 신남산, 프탈산,테레프탈산, 이소프탈산, 디시클로펜타디엔 디카르복시산, 2-메틸석신산, 2-메틸아디프산, 부탄이산, 펜탄이산, 헥산이산, 옥탄이산, 2-메틸옥탄이산, 3-메틸펜탄이산, 노난이산, 메틸렌노난이산, 데칸이산, 운데칸이산, 및 도데칸이산 등 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용한다.
본 발명에서 사용하는 상기 화학식 1을 포함하는 방식제는 동과 황동, 철, 알루미늄재질에 대한 부식방지와 캐비테이션 억제에 사용하며 0.01 ~ 1.0 중량% 범위로 사용한다. 0.01 중량% 미만 사용 시 동과 황동계열의 부식방지 역할 떨어지고, 1.0 중량% 초과 사용 시 액의 안정성이 떨어지고 부식방지 대상 재질의 변색을 일으킬 수가 있다.
본 발명에서 사용하는 소포제는 부동액이 냉각시스템을 순환하면서 일으킬 수 있는 기포의 생성을 억제하고 기포생성으로 인하여 발생할 수 있는 열전달 방해와 캐비테이션 부식을 억제하는 역할을 하며, 소포 성능이 우수한 실리콘 에멀젼을 사용하며, 그 사용범위는 0.001 ~ 0.1 중량% 범위로 사용 하며 0.001 중량% 미만 사용 시 부동액이 냉각시스템에서 순환하면서 발생하는 기포를 효과적으로 억제하기 어려우며, 0.1 중량% 초과 사용 시 용해성이 떨어지며 액흐림 현상을 일으킬 수 있다.
본 발명에서 사용하는 이온교환수는 부식억제제를 용해시키기 위한 최소한의 물로서 그 사용범위는 0.1 ~ 5 중량% 범위로 사용하며, 0.1 중량% 미만 시 사용량이 적어 물에 용해성이 있는 부식억제제를 효과적으로 용해시킬 수 없으며, 5 중량% 초과 시 어는점 상승과 끓는점이 낮아져 엔진의 끓어 넘치는 현상 등의 문제점이 발생한다.
본 발명에서 사용하는 추가적으로 사용하는 pH 완충제는 발명에서 pH 완충역할을 하기 위하여 사용하며, 부동액 조성물의 pH 를 7 ~ 9 범위로 조절하기 위해 사용하고, 용해성과 안정성이 우수한 알칼리 금속 수산화물을 사용하며, 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 이들의 혼합물을 사용한다. 사용범위는 상기 동결방지제 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 4 중량부 범위로 사용하며, 0.1 중량부 미만 시 pH 완충역할이 부족하고 4 중량부 초과 시 액의 안정성과 다른 첨가제의 용해성을 떨어뜨리는 문제점이 발생한다.
본 발명에서 추가적으로 사용하는 규산염, 질산염, 아질산염, 몰리브덴산염, 인산, 인산염, 및 염료 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물은 알루미늄 과 철계부식방지 역할을 하며, 상기 동결방지제 100 중량부에 대하여 0.001 ~ 2 중량부를 추가적으로 사용하며, 0.001 중량부 미만 시 부식방지 억제효과가 떨어지고, 2 중량부 초과 시 액의 안정성이 떨어지고 침전이 발생하는 문제점이 발생한다.
본 발명에서 추가적으로 사용하는 경수 안정제는 상기 동결방지제 100 중량부에 대하여 0.01 ~ 0.5 중량부를 추가적으로 사용하며, 0.01 중량부 미만 시 경도성분을 효과적으로 안정화시킬 수 없으므로, 0.5 중량부 초과 시 고온안정성이 떨어지고 금속재질의 변색을 일으키는 문제점이 발생한다. 상기 경수 안정제는 폴리아크릴산, 폴리말레산, 아크릴산-말레산공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐이미다졸, 비닐피롤리돈-비닐이미다졸 공중합체, 및 불포화카르복시산과 올레핀의 공중합체 등 중에서 선택된 1종 또는 2 종 이상의 혼합물을 사용한다.
본 발명의 조성물은 통상의 부동액 조성물 제조하는 방법을 사용하는바, 본 발명에서 제시된 성분을 글리콜과 물에 일정비로 투입한 후, 온도 40 ~ 60 ℃ 범위로 가열하여 침전이 없는 균질한 액체로 용해시켜 혼합하여 제조한다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 5, 비교예 1 ~ 5
아래 표 1 에 나타낸 바와 같이 각 제시된 성분들을 글리콜과 물에 일정비로 투입하여 온도 50 ℃ 에서 가열하여 균질한 액체로 용해시켜 혼합하여 제조된 조성물을 아래 시험방법에 의해 시험을 한 후 금속부식성 시험(표3), 알루미늄 전열면 시험(표4), 캐비테이션 시험 결과(표5)를 나타내었다.
Figure 112006053910446-pat00002
Figure 112006053910446-pat00003
Figure 112006053910446-pat00004
표 3에서 ASTM 조합수는 증류수 1ℓ에 Na2SO4 148㎎, NaCl 165㎎, NaHCO3 138㎎을 용해시킨 용액이다.
Figure 112006053910446-pat00005
Figure 112006053910446-pat00006
<시험방법>
금속부식시험은 ASTM 조합수를 사용하여 33 부피%, 실사용 농도인 50 부피%의 부동액 농도가 되도록 희석하여 98 ℃에서 336 분당 100 ㎖의 건조공기를 주입하면서 KS M 2152 8.3항 금속부식성 시험방법에 따라 시험하였다.
알루미늄 전열면 시험은 증류수 750 ㎖에 NaCl 165 ㎎을 용해시키고 나서 실시예와 비교예 조성물을 250 ㎖를 넣어 균일하게 혼합시켜 500 ㎖를 채취하여 135 ℃에서 193 KPa 압력을 가한 상태에서 168 시간 연속시험을 실시하여 알루미늄 표면의 고운 부식성에 대하여 비교 평가 시험하였다.
캐비테이션 진동시험은 진동시험기로 알루미늄 주물 또는 주철시험편을 사용하여, 30 분 간격으로 8 회 반복 실시하고 8 회의 단독값 중 가장 높은값과 가장 낮은값을 무시하며 남은 6 회 평균값으로부터 ㎎/30분의 무게 변화율로 계산하였으며, 상세한 시험 조건은 아래 표 6 에 나타내었다.
항 목 조 건
진동수 20 KHz
진폭 40 micro m
시편 종류 알루미늄 주물, 주철(금속부식성 시험편 재질)
온도 55 ± 1℃
압력 대기압
농도 30부피% ASTM 조합수
시험시간 30분
시편크기 직경 16mm 원형
종합하면, 본 발명의 윤활유 조성물은 아졸, 티아졸, 또는 이들의 유도체 화합물을 사용하지 않고, 상기 화학식 1을 포함하는 방식제와 유기산의 병행 사용으로 알루미늄과 철계 재질에 대한 부식방지, 및 캐비테이션 방지 효과가 우수한 것으로 나타났다.
상기에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 윤활유 조성물은 화학적으로 안정하고, 우수한 방식력을 가지며, 고온 장기간의 방식성이 우수하여 부동액의 사용을 장기간 가능하게 하며, 폐부동액의 배출양을 감소시켜 이로 인한 생태계와 환경을 보호하는, 특히 윤활유 제조에 적용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 동결방지제 85 ~ 98 중량%;
    C4 ~ C14 인 모노 또는 디카르복시산의 알칼리 금속염 또는 알칼리 토금속염인 유기산 0.1 ~ 6 중량%;
    하기 화학식 1을 포함하는 방식제 0.01 ~ 1 중량%;
    소포제 0.001 ~ 0.1 중량%;
    이온교환수 0.1 ~ 5 중량%; 및
    함유하는 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112006053910446-pat00007
    상기 화학식1에 있어서 X1은 -OH, -COOH, -CH3, -CH2PO(OH)2, SO3H, 및 -OCH2 CH2(OH)CH2 SO3H 이며, X2는 C1 ~ C8 의 직쇄 및 분지 알킬기를 나타내고, ℓ은 1 ~ 8 의 정수, m은 1 ~ 16의 정수, n은 1 ~ 20의 정수를 나타낸다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동결방지제는 메탄올, 프로판올, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 부틸렌, 및 글리세롤 중에서 선택된 1종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 C4 ~ C14 인 모노 또는 디카르복시산의 알칼리 금속염 또는 알칼리토금속염인 유기산은 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 2-에틸헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 네오옥탄산, 노난산, 데칸산, 네오데칸산, 운데칸산, 도데칸산, 벤조산, 메틸벤조산, 에틸벤조산, 테트부틸벤조산, 신남산, 프탈산, 테레프탈산, 이소프탈산, 디시클로펜타디엔디카르복시산, 2-메틸석신산, 2-메틸아디프산, 부탄이산, 펜탄이산, 헥산이산, 옥탄이산, 2-메틸옥탄이산, 3-메틸펜탄이산, 노난이산, 메틸렌노난이산, 데칸이산, 운데칸이산, 및 도데칸이산 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동결방지제 100 중량부에 대하여 추가적으로 pH완충제 0.1 ~ 4 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 동결방지제 100 중량부에 대하여, 추가적으로 규산염, 질산염, 아질산염, 몰리브덴산염, 인산, 인산염, 염료 및 이들의 혼합물을 0.001 ~ 2 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 동결방지제 100 중량부에 대하여, 경수안정제 0.01 ~ 0.5 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소포제는 실리콘에멀젼인 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 pH완충제는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 수산화리튬 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 경수안정제는 폴리아크릴산, 폴리말레산, 아크릴산-말레산공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐이미다졸, 비닐피롤리돈-비닐이미다졸 공중합체, 및 불포화카르복실산과 올레핀의 공중합체 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 부동액 조성물.
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