이 글의 목적은 금속비활성화제(MDA)를 연료·윤활유·폴리머 공정에 적용할 때 필요한 조건을 “언제, 무엇을, 얼마나, 어떻게”의 관점에서 정리하여 산화열화·변색·슬러지·점도상승·부식 문제를 현장에서 재현성 있게 줄이도록 돕는 것이다.
1. 금속비활성화제(MDA) 개요와 적용 대상
금속비활성화제는 구리·철·망간 등 전이금속이 산화반응을 촉진하는 현상을 억제하기 위해 금속 이온을 킬레이트하거나 금속 표면을 피막화하여 촉매활성을 낮추는 첨가제이다.
적용 대상은 연료, 윤활유, 그리스, 절연유, 냉각유, 폴리올레핀 및 고분자 배합물, 금속 접촉 부품이 포함된 유체계 전반이다.
1-1. MDA가 필요한 대표 증상
| 증상 | 현장 관찰 포인트 | 금속 기여 가능성 | MDA 적용 적합도 |
|---|---|---|---|
| 산화안정성 급락 | 유도기간 단축, 산가 상승, 과산화물가 증가 | 구리·철 촉매로 라디칼 연쇄 반응 가속이다 | 높음이다 |
| 변색·탁도 증가 | 황갈색·적갈색 변색, 헤이즈 증가 | 구리 용출, 금속 착물 형성 가능이다 | 높음이다 |
| 슬러지·바니시 | 필터 DP 상승, 밸브 스틱킹, 침전물 | 금속 촉매 산화 생성물 축적 가능이다 | 중간~높음이다 |
| 점도 상승 | 저장 중 점도 증가, 겔화 경향 | 산화 중합, 금속 촉매 영향 가능이다 | 중간이다 |
| 구리계 부식 이슈 | 황동·청동 변색, 구리 스트립 부식 등급 악화 | 황·산성 성분과 금속 상호작용 가능이다 | 높음이다 |
주의 : 산화 문제의 원인이 항상 금속만은 아니다. 용존산소, 열이력, 오염수분, 과산화물 잔존, 촉매 잔사, 황·질소계 불순물, 세정제 잔류가 동반되면 MDA 단독으로는 목표 수준까지 개선이 제한될 수 있다.
2. 금속 촉매 산화 메커니즘과 MDA 작동 원리
전이금속은 과산화물(ROOH)의 분해를 촉진하여 라디칼(RO·, HO·)을 생성하고 연쇄 산화반응을 가속하는 경향이 있다.
MDA는 금속 이온을 유기 리간드로 포획하여 반응성 낮은 착물을 만들거나 금속 표면에 흡착막을 형성하여 유체와의 직접 접촉을 줄이는 방식으로 촉매 사이클을 약화시키는 역할을 하다.
2-1. 적용 계통별 접근 차이
| 계통 | 주요 금속 기원 | 우선 확인 항목 | MDA 적용 전략 |
|---|---|---|---|
| 연료(디젤·항공유 등) | 배관·탱크, 펌프, 미량 금속 오염 | 열산화 시험, 금속 ppm, 저장 탱크 재질 | mg/L 수준 저농도 처리로 시작하다 |
| 윤활유·그리스 | 베어링·부싱(구리합금), 첨가제·오염 | 구리 부식, 산화안정성, 슬러지 경향 | 0.02~0.1 wt% 범위에서 패키지 최적화하다 |
| 고분자(전선 피복 등) | 구리 도체 접촉, 촉매 잔사, 금속 충전재 | 열노화 변색, 기계물성 저하, 접촉부 열화 | 표면 피막형 MDA와 항산화제 시너지로 설계하다 |
3. MDA 선정 기준: 화학계열, 용해성, 결정화, 상용성
MDA는 크게 킬레이트형(금속이온 포획)과 패시베이터형(금속 표면 피막)으로 나눠 접근하는 것이 실무에 유리하다.
연료 분야에서는 살리실알데하이드-다이아민계(예: DMD 계열)처럼 저농도에서 효율이 좋은 타입이 널리 쓰이는 편이다.
윤활유에서는 벤조트리아졸 유도체나 티아디아졸 유도체처럼 구리 및 황동에 대한 피막화 성향을 갖는 타입이 자주 검토되다.
3-1. 체크리스트
| 선정 항목 | 질문 | 현장 기준 | 실패 시 증상 |
|---|---|---|---|
| 용해성 | 기유 또는 연료에 완전 용해가 가능한가 | 저온 저장 조건에서 석출이 없어야 하다 | 탁도·침전·필터 막힘이 발생하다 |
| 결정화 온도 | 저온에서 결정화가 발생하는가 | 유통·저장 최저온도 대비 여유가 필요하다 | 동절기 품질 클레임이 발생하다 |
| 금속 타깃 | 구리 중심인가 철 중심인가 | 구리 합금 접촉이면 구리 패시베이션 우선이다 | 산화안정성 개선 폭이 작다 |
| 상용성 | 항산화제·부식억제제·AW/EP와 충돌이 있는가 | 패키지별 혼탁·침전·부식 등급을 확인하다 | 침전·부식 악화·성능 역전이 발생하다 |
| 규제·적용 분야 | 식품접촉, 전기절연, 항공 등 특수 요구가 있는가 | 적용 규격과 제한 성분을 선확인하다 | 승인 지연·사용 불가가 발생하다 |
주의 : 패키지형 윤활유에서 일부 금속비활성화제는 특정 마모방지제 조합과 침전성을 보일 수 있다. 혼합 순서와 희석 조건을 바꾸면 개선되는 경우가 있어 배합 공정까지 포함해 평가하는 것이 필요하다.
4. 적용 조건 핵심: 투입량, 투입 시점, 혼합 온도, 체류 시간
MDA 적용 조건은 “투입량과 분산·용해 확보”가 전부라고 해도 과언이 아니다.
현장에서는 금속 오염 수준을 매번 정량하기 어려운 경우가 많아 단계적 스크리닝 접근이 현실적이다.
4-1. 투입량 설정 방법
연료 계통은 보통 mg/L 또는 ppmv 수준에서 시작하는 것이 일반적이다.
윤활유·그리스는 제품군에 따라 0.02~0.10 wt% 범위를 스크리닝 시작점으로 두는 방식이 실무적이다.
| 적용 분야 | 권장 시작 범위 | 증량 검토 트리거 | 과다 투입 리스크 |
|---|---|---|---|
| 연료 | 2~10 mg/L 수준 스크리닝이 유리하다 | 열산화 시험 불합격, 저장 변색 지속이다 | 용해성 한계, 저온 석출 가능이다 |
| 윤활유·그리스 | 0.02~0.10 wt% 범위 스크리닝이 유리하다 | 구리 접촉 부품에서 바니시·슬러지 증가이다 | 패키지 상용성 문제, 침전 가능이다 |
| 고분자 배합 | 적용 레진과 접촉 금속에 따라 저농도부터 설계하다 | 열노화 후 변색·물성 저하가 지속이다 | 이행·블루밍·가공성 영향 가능이다 |
4-2. 투입 시점과 혼합 조건
MDA는 금속과 만나는 시간을 앞당기는 것이 유리하므로 가능한 상류 공정에서 투입하는 것이 원칙이다.
다만 고온에서 장시간 체류하면 일부 성분은 분해 또는 반응으로 소모될 수 있어 공정 온도 프로파일을 고려해야 하다.
| 항목 | 권장 조건 | 이유 | 현장 팁 |
|---|---|---|---|
| 혼합 온도 | 용해가 확보되는 최소 온도에서 혼합하다 | 과열은 산화·분해를 키울 수 있다 | 저온 탁도 발생 시 단계적 온도 상승으로 확인하다 |
| 혼합 시간 | 완전 용해 및 균일 분산까지 확보하다 | 국부 고농도는 침전·반응을 유발하다 | 순환라인 유량과 탱크 체류를 함께 보정하다 |
| 투입 순서 | 희석 후 투입 또는 패키지 내 순서를 최적화하다 | 일부 조합은 직접 접촉 시 불용화가 발생하다 | 작업표준서에 “희석비, 순서, 교반 조건”을 고정하다 |
| 체류 시간 | 금속 접촉 이전에 충분한 접촉 시간을 확보하다 | 피막 형성 및 착물화가 진행되어야 하다 | 라인 투입이면 정적 혼합기 또는 재순환을 검토하다 |
주의 : 탱크 저부 수분 또는 산성 오염이 존재하면 금속 용출과 산화가 동시에 악화될 수 있다. MDA를 증량하기 전에 수분 관리와 오염원 제거를 병행하는 것이 재발 방지에 유리하다.
5. 성능 검증 설계: 무엇을 시험하고 합격 기준을 어떻게 잡는가
MDA는 “산화가 느려졌다”라는 체감만으로는 관리가 어렵고 재현성이 떨어지다.
따라서 사전·사후 비교가 가능한 지표를 정하고, 금속 존재 조건을 의도적으로 포함한 시험을 설계하는 것이 핵심이다.
5-1. 권장 시험 항목 매트릭스
| 분야 | 권장 지표 | 평가 목적 | 실무 해석 포인트 |
|---|---|---|---|
| 연료 | 열산화 안정성, 침전 경향, 변색 | 고온 조건에서 금속 촉매 영향 확인이다 | 금속 오염 시나리오를 고정해야 비교가 가능하다 |
| 윤활유 | 산화안정성, 산가 상승, 슬러지·바니시 경향 | 장기 운전 모사 및 패키지 시너지 확인이다 | 구리 코일 또는 구리 스트립 조건을 포함하는 것이 유리하다 |
| 절연유 | 구리 용출·피막, 산화 안정성, 전기적 지표 | 구리 접촉에서 열화 억제 확인이다 | 구리 표면 상태와 초기 오염이 결과를 좌우하다 |
| 고분자 | 열노화 후 색상, 인장 물성, 균열 | 금속 접촉 열화 억제 확인이다 | 구리 접촉/비접촉 샘플을 동시에 설계해야 하다 |
6. 현장 적용 절차 예시: 배치 탱크 투입 표준안
다음 절차는 연료 또는 윤활유 배치 탱크에 MDA를 투입할 때 작업 표준으로 활용 가능한 형태이다.
6-1. 표준 절차
탱크 내 수분 여부를 확인하고 필요 시 드레인 작업을 수행하다.
목표 투입량을 mg/L 또는 wt% 기준으로 산출하다.
MDA를 동일 기유 또는 호환 용제로 사전 희석하여 투입 농도를 낮추다.
교반 또는 재순환을 가동하여 균일 혼합을 확보하다.
혼합 후 일정 시간 안정화하여 탁도·침전 여부를 확인하다.
핵심 품질 지표를 사전·사후로 비교하여 적용량을 확정하다.
6-2. 투입량 계산 예시
현장은 단위 변환 오류가 가장 흔한 실패 원인이다.
# 배치 탱크 투입량 계산 예시이다 # 조건이다 # - 탱크 용량 20,000 L이다 # - 목표 처리율 5 mg/L이다 # - 사용 MDA가 유효성분 75% 제품이다
tank_L = 20000
treat_mg_per_L = 5
active_fraction = 0.75
유효성분 기준 총 필요 질량이다
need_active_mg = tank_L * treat_mg_per_L
need_active_g = need_active_mg / 1000
제품 기준 필요 질량이다
need_product_g = need_active_g / active_fraction
need_product_kg = need_product_g / 1000
need_active_g, need_product_kg계산 결과는 유효성분 100 g 수준, 제품 투입량 약 0.133 kg 수준이 되는 구조이다.
현장에서는 제품 밀도를 적용해 부피(L)로도 환산해 투입 작업성을 확보하는 것이 일반적이다.
주의 : 동일 ppm이라도 “ppmw, ppmv, mg/L”의 정의가 달라 오차가 발생하다. 연료는 관행적으로 mg/L 또는 ppmv가 혼용되므로 사양서 기준 단위를 작업표준서에 고정해야 하다.
7. 트러블슈팅: 효과가 없거나 부작용이 생길 때
| 문제 | 가능 원인 | 우선 확인 | 개선 조치 |
|---|---|---|---|
| 산화안정성 개선이 미미하다 | 금속 외 원인이 지배적이다 | 수분, 과산화물 잔존, 촉매 잔사 | 오염 제거 후 MDA 재평가하다 |
| 투입 후 탁도·침전이 생기다 | 용해성 부족 또는 상용성 문제이다 | 저온 조건, 혼합 순서, 희석 여부 | 희석 투입, 순서 변경, 타입 변경을 검토하다 |
| 구리 부식 등급이 악화되다 | 산성 성분 또는 황계 성분 영향이다 | 산가, 황 함량, 부식억제제 상태 | 부식 억제 패키지 재조정이 필요하다 |
| 장기 저장 중 다시 변색되다 | 소모 또는 금속 용출 지속이다 | 탱크 재질, 라인 교체 이력, 필터 | 오염원 차단과 함께 유지 투입을 검토하다 |
| 가공 공정에서 거품·분리 문제가 생기다 | 계면활성 영향 또는 패키지 간섭이다 | 소포제, 분산제, 점도지수향상제 | 첨가제 균형 재설계가 필요하다 |
8. 적용 판단을 빠르게 하는 의사결정 로드맵
현장에서 시간을 줄이려면 “금속 접촉이 구조적으로 존재하는가”부터 판단하는 것이 효율적이다.
구리·황동·청동·철계 부품과 유체가 상시 접촉하는 구조인지 확인하다.
최근 원료, 세정제, 필터, 탱크 코팅, 배관 교체 등 변경점을 정리하다.
산화 지표와 부식 지표를 최소 2개 이상 선정하여 베이스라인을 확보하다.
저농도 2~3점 스크리닝으로 성능-부작용 곡선을 확인하다.
효과가 확인되면 공정 투입 조건과 QC 항목을 표준화하다.
주의 : 금속 오염의 원인이 배관·탱크 마모라면 MDA는 “완화” 수단이다. 근본 원인인 금속 용출을 줄이는 설비 대책을 병행해야 장기적으로 비용이 감소하다.
FAQ
MDA는 항산화제(AO)와 함께 써야 효과가 커지나?
MDA는 금속 촉매 경로를 약화시키는 역할이 중심이고 항산화제는 라디칼 연쇄 반응을 끊는 역할이 중심이다. 금속 접촉이 큰 계통에서는 두 접근이 상보적으로 작동하는 경우가 많아 패키지 최적화 관점에서 함께 평가하는 것이 유리하다.
구리 부품이 없는데도 MDA가 필요할 수 있나?
철, 망간 등도 산화 반응에 관여할 수 있고 공정 오염으로 금속이 유입될 수 있다. 다만 우선순위는 금속 분석과 오염원 점검이며 금속 기여가 낮다면 다른 원인 대책이 먼저이다.
투입량을 올릴수록 계속 좋아지나?
일정 수준 이후에는 한계효과가 작아질 수 있고 용해성·상용성 리스크가 증가하다. 따라서 저농도 구간에서 성능 기울기를 확인한 뒤 최소 유효 투입량을 확정하는 방식이 안전하다.
라인 인라인 투입과 탱크 배치 투입 중 무엇이 유리한가?
탱크 배치 투입은 균일 혼합과 안정화 확인이 쉬워 품질 리스크가 낮다. 인라인 투입은 공정 유연성이 좋지만 정적 혼합, 재순환, 체류 시간 확보가 부족하면 국부 농도 편차가 커질 수 있어 설계가 필요하다.
품질 관리에서 꼭 봐야 할 최소 항목은 무엇인가?
산화안정성 지표 1종과 구리 부식 또는 금속 관련 지표 1종을 최소 세트로 두는 것이 실무적으로 유용하다. 여기에 탁도·침전 관찰을 더하면 배합 안정성까지 함께 관리할 수 있다.