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Date 2017/09/26 20:50:49
Name 케미
Subject [질문] [화학]수화물(Hydrate) 현상관련

반도체 관련 업체에서 일하고 있습니다.

W(텅스텐) 소재로 부품을 가공하여 납품하는데요
가공된 제품을 에탄올+물의 혼합액 용기에 담아 납품을 하면
자꾸 혼압액이 변색됩니다. 백색, 노란색...
침전물도 형성되고요.

하여 분석기관에 변색된 용액을 분석했더니
Hydrate 현상이 나타난고 하네요.
WO3 + 1/2 H2O = 백색
WO3 + H2O = 노란색

IC, ICP 분석결과 대부분이 W이었고,
제품 표면을 전자현미경으로 보면 탈락된 부분들이 보이고요.

세척하는 과정에서 물과 초음파세척을 합니다. 아세톤, 에탄올도 사용하고요

화학이나 소재관련해서 일자무식이라
상황은 이런데. 원인을 잡기가 너무 어렵네요.

관련하여 몇 가지 질문드립니다.

1) 소재가 물분자와 결횝되어 외부의 힘(초음파)이 가해져 탈락과 변색이 일어나는 걸까요?
2) 물의 접촉을 원천봉쇄하면 문제가 해결될까요?
3) 외부의 힘이 가해지는게 문제일까요?

퇴근해야하는데, 점점 미궁으로 빠져듭니다.

답변 미리 감사드립니다.


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17/09/26 21:08
수정 아이콘
기름용액에 담으면 해결 되겟네요.

금속부품들중엔 그런경우가 많아서 기름(식용유 또는 보존용혼합유)에 보존하는 경우가 있습니다
17/09/26 23:09
수정 아이콘
그렇군요! 텅스텐 소재를 처음 납품해봐서 몰랐네여 감사합니다.
나이스데이
17/09/26 21:17
수정 아이콘
일단 스케일에 관한 정보가 조금 부족해서 상세한 답변을 드리기는 조금 어렵네요.


1) 가장 높은 가능성으로 보시면 될 것 같습니다. 변색이 된다는 것을 조금 화학적으로 설명드릴 수 있습니다. 텅스텐은 다양한 친구들은 다양한 모양으로 가지고 있을 수 있습니다. 그러다보면 친구에 따라, 혹은 모양에 따라 용액의 색이 변하게 됩니다. 관찰하신 현상은 물이 텅스텐옥사이드에 '배위' 됨으로서 색을 띄게 되는 것 같네요. 저렇게 친구가 왔다갔다 하는 것은 결합보다는 많이 약합니다. 그래서 텅스텐옥사이드를 초음파 없이 물에 담궈두기만해도 색이 변할거에요. 그런데 초음파로 친구들 만날 수 있는 용돈가지 쥐어주었으니 신났을 것 같네요.

2) 물의 접촉을 원천봉쇄하는 것만으로도 효과적일 것 같습니다. 헌데, 아세톤이나 에탄올보다 isopropyl alcohol을 사용해보시는 것도 좋을 것 같네요. 위 화학물질을 구글링해서 도움받으시면 좋을 것 같네요.

3) 외부에서 힘이 가해지는 것은 당연히 문제입니다!
17/09/26 23:31
수정 아이콘
먼저 너무 감사합니다.
화학을 20년전에 배우고는 멀리해서 전혀 몰랐는데... 열심 검색해서 무슨 말인지 이해했습니다. 대충은요...ㅠ

밤이 늦었지만, 죄송하지만
몇가지 질문좀 드릴게요

1) 이소프로필 알콜을 쓰는게 어떤점에서 유리한가요? 검색을 해보긴 했는데 비교가 잘 안되네요

2) 외부에서의 힘. 그러니까 초음파나 제품을 취급하면서 가해지는 물리적인 것들은 배제할 수가 없습니다.
그런 경우에 상기의 이소프로필 알콜이 도움이 될까요?

3) 저희는 납품업체가 일본입니다. 항공법상 일반적인 에탄올은 70%의 비율을 넘기면 항공법을 어기게 되서요
이소프로필알콜이 발화점이 높은데 문제되지 않을까요?
나이스데이
17/09/26 23:46
수정 아이콘
1)물과 친한 순서대로 나열하라고 하면 에탄올이 먼저요, 다음으로 아세톤, IPA가 나중이라 할 수 있습니다. 그말은 즉슨, 텅스텐 옥사이드를 보관할 때, IPA에서 수화물이 가장 적게 나온다는 말이겠죠.

2)세척용 초음파는 대게 주파수가 많이 낮습니다. 그렇기 때문에 30분 이상 노출 된다고해도 화학적 반응을 일으키기에는 충분치 않은 에너지라 크게 걱정하실 필요는 없습니다. 허나 용매를 바꾼다고 외부의 힘마저 견딘다는건 조금 어렵습니다. 다른분들이 말씀해주시는 것 처럼, 진성 유기용매(벤젠 등)에 담는 다면 또 다를 일이죠.

3) 발화점의 정의를 찾아보긴 했는데.. 높으면 좋은거 아닌가 싶네요. 그만큼 고에너지에서만 불이 붙는다는거니깐요.


사실 여기까지가 가벼운 질의응답으로 '참고'하실 영역인 것 같구요.
만약 정말로 깊게 들어가시려면 화학관련 학사이상 학위 소유자 정도 되는 배경지식을 가진 직원이 필요하실 것 같습니다.
풀러맨
17/09/26 21:57
수정 아이콘
논문 검색이 회사에서 가능하시다면,
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167273802005398
여기에 다양한 텅스텐 산화물 hydrate 의 내용이 있습니다.
제목은 "Development of tungsten oxide hydrate phases during precipitation, room temperature ripening and hydrothermal treatment"
이네요.
당연히 물이 있고 외부 에너지를 가해주면 안정한 hydrate 형태로 갈 것이고요. 아세톤이나 에탄올은 absolute 형태가 아니면 물을 엄청 포함하고 있습니다.
윗 분 말씀대로 반응성이 적은 isopropyl alcohol 이 더 좋아보이네요.
17/09/26 23:34
수정 아이콘
애석하지만 논문검색은 안되네요. ㅠ

일반적인 에탄올이 물을 포함하고 있다는데, "완벽한"형태가 일반적으로 구매가 가능한가요?

정성스런 답변 감사드립니다.
풀러맨
17/09/27 00:43
수정 아이콘
예, 에탄올 병에 보시면 일반적인 에탄올은 95%, 물이 나머지 5%를 차지하고 있습니다. 용액의 부피를 볼 때 엄청 많죠.
대신 absolute ethanol 을 사용하면 가격에 따라 99.9% 까지 구입할 수 있을 겁니다. 하지만 ethanol 자체가 물을 워낙 좋아해서요.
반응성도 낮고 물과의 친화성도 비교적 낮기 때문에 비슷한 용매 중에서는 isopropyl alcohol을 추천드리는 것입니다.
보통 시약들 중 물을 만나면 안되는 금속인 경우, 예를 들어 Na, K lump 들 같은 경우는 alcohol 과도 반응하기 때문에 oil 에 담겨진 후 깡통에 넣는 경우가 많습니다. Oil 사용이 가능하다면 미네랄 오일이나 파라핀 오일에 담근 후 공기와 접촉하지 않게 잘 봉해 보내는 것이 좋겠습니다.
나성범
17/09/26 23:00
수정 아이콘
왜 액체에 담아 납품해야하는지에 대한 내용이 빠져있어서 대책 마련에 대한 조언이 어렵네요.
일반적인 산화방지방법은 위에서 말씀하신것같은 기름칠 혹은 페인트로 산화물의 접촉을 차단하는 방법과, 텅스텐보다 산화가 잘되는 금속을 붙여서 대신 산화되게 하는 방법 등이 있겠습니다.
17/09/26 23:36
수정 아이콘
액체의 포장은 고객이 요청한 것입니다.
제품이 엄청작거든요. 전체 길이가 10mm 직경은 0.070mm의 원뿔형태입니다.
취급이 어려워서 건조상태의 포장은 거의 불가능합니다. 액체 상태로 포장해야 데미지도 적게받고
작업자도 취급이 쉽습니다. 또한 제일 중요한건 고객이 그렇게 사용합니다.

텅스텐보다 산화가 잘 되는 물질이 뭐가 있을까요?

성의있는 답변 감사드립니다.
나성범
17/09/26 23:46
수정 아이콘
In aqueous solution, tungstate gives the heteropoly acids and polyoxometalate anions under neutral and acidic conditions. As tungstate is progressively treated with acid, it first yields the soluble, metastable "paratungstate A" anion, W7O6–24, which over time converts to the less soluble "paratungstate B" anion, H2W12O10–42. Further acidification produces the very soluble metatungstate anion, H2W12O6–
40, after which equilibrium is reached. The metatungstate ion exists as a symmetric cluster of twelve tungsten-oxygen octahedra known as the Keggin anion. Many other polyoxometalate anions exist as metastable species. The inclusion of a different atom such as phosphorus in place of the two central hydrogens in metatungstate produces a wide variety of heteropoly acids, such as phosphotungstic acid H3PW12O40.
Tungsten trioxide can form intercalation compounds with alkali metals. These are known as bronzes; an example is sodium tungsten bronze.
나성범
17/09/26 23:50
수정 아이콘
라고 나오는거 보니, 산/중성 용액에서 이온을 형성한다고 하니까, 시간 여유가 조금 있으시면 base 용액에 담궈둬보시는게 어떨까요
작업자분의 안전에 큰 문제가 없다면 pH 10정도의 약염기성 용액에 넣어둬서 상태를 한번 보시는것도 괜찮을것같습니다.
그리고 영문에 써있는 내용대로라면 absolute EtOH를 이용해도 똑같이 큰 효과가 없을 것 같습니다.
나성범
17/09/26 23:50
수정 아이콘
출처는 위키피디아 입니다.
나성범
17/09/26 23:51
수정 아이콘
텅스텐보다 산화가 잘되는 금속이야 있겠지만, 말씀하신 제품의 컨디션이라면 조금 귀찮겠네요. 용액을 위와같이 시도해보시는것을 먼저 해보시는것을 추천합니다
나성범
17/09/27 00:02
수정 아이콘
염기성 용액에 넣으시면 sodium tungstate가 형성될 가능성이 있는것같습니다. 백색 침전물이나 백색 이물이 제품에 낀다면 참고하세요....
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