친환경적인 대체 세정제를 채택하기 위해서는 세정제의 세정성, 환경성, 경제성을 평가하여 체계적인 선정절차에 의거하여 도입 적용하여야 하며 객관적이고 효율적인 세정성 평가방법의 정립이 현시점에서 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 여러 세정성 평가 방법들 중 광전자방출법(optically stimulated electron emission)(OSEE)을 활용한 세정성 평가에 관한 연구를 하였다. 실험에 사용된 오염물은 플럭스, 솔더, 그리스, 절삭유, 그리고 그리스 35%와 절삭유 65%을 혼합하여 만든 혼합 오염물로서 세정제에 의한 이들의 세정성을 평가하였다. 본 연구실에서 개발하였거나 조제한 세정제를 이용하여 세정 후 OSEE법 측정 결과와 중량법 및 접촉각측정법에 의한 세정성 평가방법을 비교 분석하였다. 본 연구 결과로 플럭스와 혼합오염물을 세정한 경우의 OSEE 세정효율은 중량법과 거의 유사한 결과를 나타내었지만, 솔더와 그리스 세정의 경우는 UV를 반사 또는 흡수하여 중량법과 비교할 수 없었다. 그리고 절삭유 세정의 경우 실질적으로 눈에 보일 정도로 피세정물 표면에 오염물이 남아 있음에도 불구하고 중량법 측정 시 100%의 세정효율을 보임으로써 중량법 측정의 한계를 보였지만 OSEE법으로는 미소잔류 절삭유의 존재를 측정할 수 있었다. 또한 OSEE법과 접촉각측정법의 세정성을 비교측정한 결과로 플럭스, 혼합 오염물 그리고 절삭유의 세정성 평가는 OSEE법과 접촉각측정법이 유사한 세정효율을 보여주었다. 그리고 솔더와 그리스 세정은 접촉각측정법이 OSEE법보다 더욱 정밀하게 세정성을 평가할 수 있는 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 산업체에서 대체 세정제를 객관적이고 체계적으로 선정하는데 도움을 주고자 여러 가지 세정성 평가방법을 실험을 통하여 비교 평가하였다. 세정성 평가방법으로는 중량법, OSEE (optically simulated electron emission)법, 접촉각법과 FTIR, UV-VIS, HPLC와 같은 정밀분석기기를 이용한 분석법을 사용하여 flux, solder, grease 등의 오염물질에 대한 세정성 평가를 수행하였다. 그 결과 중량법은 쉽고 간단하게 세정제의 세정효율을 측정할 수 있었지만 중량측정의 한계로 정밀측정이 어려웠다. 반면에 OSEE법은 세정제의 세정성 평가를 빠르고 정밀하게 수행할 수 있었다. 접촉각 측정법은 피세정물 표면에 오염물질과 세정제에 의한 얇은 친유성 막의 형성으로 인하여 접촉각 변화에 영향을 주기 때문에 세정성 평가에 특별한 주의가 요구되었다. 중량법으로 수행하기 어려운 정밀세정성 평가의 경우 UV-VIS, FTIR, HPLC와 같은 정밀분석기기를 이용하여 피세정물에 잔류한 flux, solder, grease 등의 극미량의 오염물을 특수 용제로 추출하여 아주 작은 농도의 오염물을 정량분석할 수 있었다.
산업세정제 중에서 환경친화적이라 대체 세정제로 유망한 수계세정제를 배합하고 임의 세정성을 평가하였다. 수계세정제 배합시 EO부가 몰수가 3, 5, 7인 primary alcohol ethoxylate계열의 비이온계면활성제를 주계면활성제(S)로 하고 음이온계면활성제, 알코올류 등을 보조계면활성제(A)로 하여 수계세정제를 배합하였고, 이들 배합비(A/S)에 따른 절삭유와 그리스의 혼합오염물에 대한 세정성을 평가하였다. 또한 builder인 NaOH, KOH, $Na_2CO_3$, $NaHCO_3$를 첨가하여 세정효율 향상을 평가하였다. 세정성 평가 실험결과 보조계면활성제로는 음이온계면활성제인 Triethanolamine Lauryl Sulfate(TLS) 사용 시에 가장 세정효율이 좋았고, builder로는 NaOH, $Na_2CO_3$가 우수한 세정효율을 보여주었다.
세정공정은 여러 산업체의 생산공정에 활용되고 있는 공정으로서 세정과정중 다양한 환경 오염물질을 배출하고 있다. 따라서, 환경 및 안전규제가 국내외적으로 엄격하여짐에 따라 기존의 세정공정에서 사용되었던 세정제를 환경문제나 유해성 문제를 야기시키지 않는 환경친화적인 세정제로 대체하는 것이 절실한 실정이다. 대체세정제를 선정하기 위해서 기존의 세정제에 필적할 만한 세정성을 갖춰야 하지만 세정성 평가방법이 정립되어 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 실험실이나 산업체에서 활용 가능한 여러 가지 세정평가법을 정리하여 보았고 국내외 현장 적용사례를 조사 분석하였다.
PCB의 먼지 제거용 세정제로 사용되는 스프레이형 세정제를 선정하여 이에 대한 청정도를 평가하였다. 친환경적인 대체 세정제를 채택하기 위해서는 세정제의 세정성, 환경성, 경제성을 평가하여 체계적인 선정절차에 의거하여 도입 및 적용하여야 한다. 객관적이고 효율적인 세정성 평가방법의 정립이 현시점에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 여러 세정성 평가 방법들 중 표면관찰평가법인 SEM-EDX(Scanning Electron Microscopy/Energy-Dispersive X-ray) 분석과 적외선열화상카메라(THERMOVISION A20 model)를 이용하여 청정도를 평가하였다. CT-2770 모델의 사운드카드를 $2{\times}2cm$로 잘라내어 스프레이 세정 전과 후의 청정도를 SEM의 이미지 분석을 통해 관찰할 수 있었고 EDX의 성분분석을 통해 먼지의 제거율을 정량화할 수 있었다. 컴퓨터의 P4T-E 모델의 마더보드와 IPC-A-36 모델의 기판을 사용, 오염물로 먼지와 철가루를 사용하여 열화상카메라로 세정 전, 후의 상온과 $50^{\circ}C$ Oven에 방치된 시간의 차이에 따른 온도의 변화를 비교하였다.
본 연구에서는 중고 디지털 레이저 복합기의 재제조 과정에 초음파세정공정을 도입하기 위하여 예비실험을 통하여 여러 가지 세정제의 세정성을 평가하고 초음파 세정공정의 공정 변수를 변화시키며 최적의 세정제와 공정변수를 도출하였다. 우선 기존에 현장에서 사용되어 지고 있던 세정제보다 세정효율이 뛰어나고 사용하기 좋은 제품을 찾고자 기존 세정제 (A)와 시판되고 있는 7종의 세정제(B~H)를 선정하여 육안판정법을 이용한 오염물질(유성오일, 토너가루, 구두약)에 대한 세정성 평가를 수행하였다. 또한 선별과정으로 물성 명가 및 거품성 실험을 진행하였다. 각 오염물질에 대한 세정제의 세정성 평가에서 기존에 사용되어지던 A세정제보다 G세정제가 뛰어난 세정효율을 보여주었고, 거품성 평가에서 기존 세정제와 유사한 거품성을 나타내었다. 실제 오염된 레이저 복합기 부품들을 대상으로 예비실험에서 우수한 세정능력을 보여준 세정제를 사용하고 초음파 주파수와 세정시간을 변화시키며 최적 공정변수들을 도출하였다. 28 kHz의 초음파 세정을 이용하여 현장적용을 한 결과 G세정제가 A세정제보다 뛰어난 세정효율을 보여주어 디지털 레이저 복합기 재제조 과정에서의 세정제로서 G세정제가 적합하다고 판단되며 전체적인 재제조 공정의 생산성 및 경제성 향상이 기대된다.
기존 탄화수소계 세정제는 낮은 인화점으로 인하여 화재, 폭발과 같은 문제점을 가지고 있다. 인화점을 높이기 위해 불소가 포함된 난연성 세정제 7종을 개발하였다. 새롭게 합성한 세정제를 한국석유관리원에서 국가산업표준 방법으로 분석하여 물성을 측정하고 세정성 평가를 수행하였다. 물성 측정 결과, 인화점이 탄화수소계 세정제보다 높은 것을 확인하였다. 세정력 평가를 위하여 가로 60 mm, 세로 40 mm 크기의 스테인리스강 기판에 인발유, 아비에트산, 절삭유, 윤활유를 각각 도포하여 합성한 세정제(1~7)에 넣어 침적한 후 세정력을 평가하였다. 최대 5분간 침적하였을 때 인발유는 80~96%, 아비에트산은 82~97%, 윤활유는 86~93% 정도의 높은 세정력을 보였다. 그러나 절삭유에서는 60~87% 정도로 다른 오일보다 낮은 세정력을 보였다. 따라서 약간의 차이는 있지만 대체적으로 우수한 세정력을 보여 산업세정분야에 적용이 가능함을 나타내었다.
CFC-113, 1,1,1-TCE는 오존파괴물질로 선진국에서는 이미 사용이 전면 규제되고 있고 MC, TCE는 유해성 또는 발암성물질로 판명되어 일부사업장에서 제한적으로 사용되고 있다. 그러므로 세정성이 좋고 환경/안전성이 우수한 대체세정제를 개발하여 사용하거나 기존 개발된 세정제 중에서 우수한 세정제를 선정하여 사용하는 것이 필요한 실정이다. 대체세정제로는 수계세정제가 환경성과 경제적면에서 유망한 것으로 평가받고 있어 많은 사업장에서 사용될 전망이다. 본 연구에서는 환경친화적인 수계세정제를 개발하기 위하여 수계세정제의 주요성분인 여러 형태의 계면활성제를 선정하여 이들의 물성, 거품성, 오염물 종류에 따른 세정성, 유수분리성을 평가하여 비교하였다.
CFC-113과 1,1,1-trichloroethane 등과 같은 CFC 화합물은 화학적 안정성 및 열역학적 특성 등이 우수하고, 불연성이며, 부식성이 없는 화합물로 오랜 시간 동안 전 산업에 걸쳐 널리 사용 되어 왔다. 하지만, 1989년 지구 환경의 보호를 위해 이들의 생산과 사용을 규제하는 국제협약인 '오존층 파괴물질에 관한 몬트리올 의정서'가 체결되어 대체 세정제가 요구되고 있다. 본 연구에서는 세정 시스템을 변화시키지 않고 세정력이 우수하면서 환경 친화적이며 인체 유해도가 낮으며 부식성 물질을 발생 시키지 않는 비수계 세정제를 개발하고자 하였다. 이를 위하여 글리콜 에테르계의 용매와 파라핀계 탄화수소 물질을 일정 비율로 혼합, 배합하면서 실록산을 첨가하여 비수계 세정제를 배합 제조하였다. 그리고 이들 세정제의 물성과 세정성을 평가하여 대체 세정제로서의 가능성을 평가하였다. 배합세정제의 물성측정 결과 밀도와 표면장력이 낮아 오염물에 대한 침투력이 우수할 것으로 예상되었고 인화점과 증기압 측정값으로 세정제의 안전성을 평가할 수 있었다. 플럭스, 솔더 및 그리스에 대한 세정성능 측정결과 높은 세정성능을 보여주었고 피세정물의 표면에 잔류물이 생성되지 않았다. 결과적으로, 규제물질과 동등한 세정능력을 지니며 침투력이 우수하고 인체 유해도가 낮은 세정제를 개발할 수 있었다.
CFC-113 (1, 1, 2-trichloro-1, 2, 2-trifluoro ethane )과 1, 1, 1-trichloroethane은 여러 산업체에서 세정제로서 광범위하게 사용되었으나, 오존층 파괴물질로서 규제함으로써, 대체 세정제의 사용이 불가피하게 되었다. 대체 세정제는 세정성, 경제성 및 안전성을 평가하여 선정하는데, 최근 환경에 대한 관심의 증가로 세정제가 인체 건강 및 환경에 미치는 독성을 평가하는 안전성 평가에 대한 중요성이 부각되고 있다. (중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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