탄화수소계와 수계 대체세정제의 세정효율 비교

이 광 진, 오 성 근．, 노 경 호

인하대학교 화학공학과, ．한양대학교 응용화학공학부

Comparison of Hydrocarbon and Aqueous Alternative Cleaning Solvents in terms of Cleaning Efficiencies

Kwang Jin Lee, Seong Geun Oh．, Kyung Ho Row

Dept. of Chem. Eng., Inha University

．Div. of Applied Chem. Eng., Hanyang University

서론

전 세계적으로 시급한 문제로 대두되고 있는 CFC에 의한 환경문제는 지구환경과 인체에 미치는 영향을 보호하려는 취지에서 세계적으로 감축 및 사용이 금지되고 있다. 현대의 각종 산업에서 CFC는 세정제로서 필수적 용도로 사용되었기 때문에 문제의 심각성이 커지게 된다.[1] 냉매, 발포제, 소화제 등의 CFC 대체물질의 개발과 달리, CFC 세정제가 사용될 때부터 수계, 염소계 용매들이 병행하여 사용되고 현재 시판중인 대체세정제는 많이 있기 때문에 사용자가 혼란스러울 정도이다.[2] 대체세정제 규제조치를 살펴보면 CFC 113은 1995∼1997년도 평균소비량을 기준으로, 2005년1월1일 50%삭감과 2010년1월1일 100%삭감이고, 1,1,1 TCE는 1998∼2000년도 평균소비량을 기준으로 2010년1월1일 70%삭감과 2015년 1월1일 100%삭감될 예정이다.[3-4]

본 연구에서 실험한 탄화수소계 Best305 세정제와, ALT수계 세정제는 현재 시판되어 사용되고 있는 정밀부품의 탈지용 대체세정제이다. 탄화수소계 세정제는 우수한 세정효율이 장점이지만, 일반적으로 인화점이 낮기 때문에 고온에서 사용되지 않고 특수하게 설계된 세정장치를 사용해야 한다. 그러나 최근에는 인화점이 높고 무취의 탄화수소계 대체세정제가 시판되고 있다. 또한 수계 세정에 비해서 탄화수소계 세정제의 용해력이 우수하기 때문에 기계적 에너지의 사용이 작은 장점이 있다. 수계에서는 물을 주 세정제로 사용하고 다양한 계면활성제, 고비점 알코올과 같은 첨가제등이 포함된다. 알카리 염과 같은 builder는 물 다음으로 많이 차지하고 있으며 다른 화합물과 섞어서 사용하기도 한다.[5] 본 연구의 목적은 정밀제품에서 사용되는 대표적인 CFC 세정제인 1,1,1 TCE의 대체세정제중에서 선정된  탄화수소계와 수계에 대해서 동일한 피세정물과 특정 절삭유의 오염물질에 대한 제거효율을 실험적으로 구하여 기준적인 비교 data를 얻은 것이다.

실험

실험에 사용한 세정제는 탄화수소계 Best305와(유성산업), ALT수계(국제기업사)이다. Table 1에서는 두가지 세정제에 대한 물성을 나열하였다.

Table 1. Physical Properties of Best305 and ALT Cleaning Solvent

	Best305	ALT Aquous
color	none	blue liquid
Specific gravity	0.866	1.06-1.09
Viscosity(cp)	4.15	unknown
Surface tension(dyn/cm)	26.25	28.7
Boiling point(℃)	175-200	98
Flash Point(℃)	64	-

1. 오염물질 및 피세정물

(1) 오염물질: 금속 및 비철금속의 고속가공에 사용되는 절삭유

(CUT-114 삼성정유)

(2) 피세정물의 크기:

볼트 : (O.D: 1.78cm, I.D : 9.2cm,

무게 : 10.165g, 두께 : 7.7cm)

2. 오염물질 코팅방법

1. 일정한 규격의 오염물질 (절삭유)을 250ml 비이커에 가득 넣는다.

2. 아세톤으로 피세정물의 표면에 손상이 가지 않도록 깨끗이 닦는다.

3. 이 피세정물을 100℃오븐에서 2분동안 건조시켜 최대한 깨끗한 상태를 유지한다.

4. 건조 후 피세정물의 무게를 0.1mg까지 측정이 가능한 저울로 측정    한다.

5. 피세정물을 오염물질에 2초동안 담갔다 뺀 다음 2분간 매달아 놓는    다.

6. 오염물질로 코팅이 된 피세정물의 무게를 측정한다.

7. 2.로부터 반복하여 새로운 피세정물에 대하여 절삭유를 코팅한다.

3. 실험방법

CFC대체세정제

1000□ 비이커를 세정용기로 하고 사용하기 전에 아세톤으로 깨끗이 세척한 후에 건조기에서 건조시켰다. 비이커를 항온조에 고정시킨다. 침적 또는 초음파 세정방법에서는 세정용기에 탄화수소계와, 수계 대체세정제를 각각 800□ 넣었다. 세정제의 온도범위는 25℃∼45℃로 하였다.

Table 2에서는 실험변수들이 나타나 있다. 피세정물에 오염물질 코팅은 2.에서 제시한 방법대로 하였다. 코팅이 된 피세정물을 2분간 매달아서 하단부에 남아있는 과량의 오염물질을 제거하였다. 동일한 피세정물을 사용하여 실험을 반복함으로써 피세정물의 무게편차에 따른 실험오차를 최소화하였다. 무게 측정이 끝난 피세정물을 일정한 온도로 유지되고 있는 세정제에 일정 시간 동안 (5, 10, 15, 20, 25, 30, 60sec.) 담가서 세정을 하였다. 피세정물을 세정기에서 꺼내어 100℃로 유지된 건조기(JEIO TECH FO-450M) 안에서 5분간 건조시켰다. 건조기에서 꺼낸 피세정물의 무게를 측정할 때  볼트(갯수1, 10개)는 각각 10분이 경과한 후에 무게를 측정하였다. 재질에 따라서 일정한 무게를 갖는 시간이 다르기 때문이다. 또한 건조기에서 꺼낸 부품은 시간에 따라 무게가 약간씩 증가하기 때문에 일정시간 경과 후 무게를 측정해야 한다. 초기에 코팅한 오염물질의 양과 세정 후 제거된 오염물질의 양으로써 제거효율을 다음 식에 의하여 계산하였고 제거효율에 의하여 탄화수소계, 수계세정제(희석율30:1)의 세정성능을 비교하였다.

[eqn: RE~ (Removal~Efficiency,~%)={제거된 오염물질의 양 (□)}over{ 초기 오염물질의 양 (□)}×100]

Table 2. Experimental Conditions

Cleaning solvent	Best305, ALT Aquous
Part	Bolt
Contaminant	Cutting oil (CUT-114 )
Amount of contaminant	80±5mg
Cleaning method	Dipping, Ultrasonic
Cleaning temp(℃)	25, 35, 45
Cleaning time (sec)	5, 10, 15, 20, 25, 30, 60

결과 및 고찰

탄화수소계(Best305)의 대체세정제에 대해서 피세정물인 bolt(1, 10개)를 실험하여 갯수에 따른 제거효율의 영향을 Figs. 1, 2에서 볼 수 있다. 충분한 시간(60sec)이 경과하면 제거효율이 거의 100%에 도달하지만 세정시간이 보다 짧은 경우에는 10개의 피세정물의 경우에는 bolt에서 세정효율이 5-10% 가량 낮아졌다. ALT수계세정제에서는 피세정물의 갯수영향이 Best305보다 더 심하게 세정효율이 감소하였다(Figs. 3, 4참조).

갯수가 1개인 피세정물에서 탄화수소계와 수계세정을 실험한 결과 Figs.1, 3에서 보는바와 같이 초기 (5sec)에는 Best305보다 ALT세정제의 제거효율은 낮았지만 시간이 경과후 Best305 제거효율은 증가폭이 커졌고, Figs. 2, 4를 비교해보면 ALT수계세정제의 최종 제거효율이 Best305 보다 낮아졌다. 이는 많은 부품을 세정해야 되는 실제 수계 공정에서는 세정효율을 높이기 위해서는 기계적 에너지의 보완이 필요한 것을 알 수 있다.

위 실험한 결과에 의하면 탄화수소계(Best305) 세정제는 전반적으로 수계세정제 보다 세정효율이 우수함을 알 수 있었다. 그러나 수계세정제를 사용하는 경우에는 세정효율을 높이기 위해서는 초음파세정이 필요하고 완벽한 제거 효율을 얻기 위해서는 반드시 갯수에 대한 영향력을 실험적으로 확인해야 한다.

알림

본 연구는 인하대학교 고순도분리연구실에서 수행하였습니다.

참고문헌

1. 정용안, 황영한, 노경호, "1,1,1 TCE의 대체세정제에 대한 세정 성능 비교",

공업화학, 6,  1201 (1995)

2. 노경호, 최대기, 이윤용, "CFC 113과 대체세정제의 세정성능 비교", 분석과학,

6, 521 (1993).

3. 양재열, 5회 대체세정제 응용기술 초록집, p.11, 한국화학시험연구원 (1998).

4. 양재열, 4회 대체세정제 응용기술 초록집, p.4, 한국화학시험연구원 (1997).

5. 노경호, "CFC 113 대체물질을 이용한 세정기술", 공기조화 냉동공학,

25, 53 (1996).