KR100299648B1 - 기계가공유체조성물및기계가공방법 - Google Patents

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헨리 터췬
마크. 케이 크루거
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테일러 웨인 에프
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    • C10N2040/22—Metal working with essential removal of material, e.g. cutting, grinding or drilling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
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Abstract

미생물에 대한 개선된 내성을 갖는 수성 기계가공 유체 조성물이 제공된다. 상기 유체 조성물은 : a) 물, b) 물불용성 유기 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제 및 d) 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제, 로된 혼합물로 이루어진다. 상기 수성 기계가공 유체를 도구와 작업물의 계면에 공급하는 단계를 포함하는 기계가공 방법도 또한 제공된다.

Description

[발명의 명칭]
기계가공 유체 조성물 및 기계가공 방법
[기술분야]
본 발명은 수성 기초 기계가공 유체분야에 관한 것이며, 보다 상세히는 미생물 공격에 대해 개선된 내성을 갖는 수성 기초 기계가공 유체 및 그 수성 기초 기계가공 유체를 이용한 기계가공 방법에 관한 것이다.
[배경기술]
고체 작업물을 유용한 물품으로 가공하거나 성형하는 기술 분야에는 상기 작업물에 절단 또는 비-절단 도구를 적용하는 것이 잘 알려져 있다. 상기 고체 작업물은 금속성이거나 비-금속성(예를들어, 유리, 세라믹, 돌 등)이다. 이러한 가공 또는 성형중, 어떤 방법에서는, 도구 및/또는 작업물은 때때로 스피닝, 회전 또는 연마 공정에서와 같이 고속으로 회전되어 질 수 있다. 금속 물체와 같은 고체 대상물을 가공 또는 성형하기 위한 다른 방법으로서는 전단, 브로칭, 분쇄, 연마, 스탬핑 및 펀칭에서와 같이 작업물을 절단하기 위해 도구를 고체 대상물에 큰 힘으로 압착시킨다. 비-절단 방법에서는, 고체(예를들어 금속) 작업물은 스피닝, 압출, 압연 및 연신과 다림질 공정에서와 같이 비절단 도구를 작업물에 대하여 큰 힘으로 미끄럼 접촉함으로써 절단하지 않고 성형시킬 수 있다. 이들 및 다른 성형 공정중에 고열 및 마찰이 발생되어 높은 도구 마모, 마감처리된 물품의 변형, 불량한 표면 마무리 및 칫수공차를 넘는 등과 같은 문제를 발생시킨다.
이들 물질 가공 공정에서는, 도구와 작업율을 냉각시키고 도구/작업물 계면으로부터 부스러기를 제거하고 도구와 작업물 사이의 마찰을 감소시키기 위해, 도구와 작업물간의 계면에 기계가공 유체 조성물(예를들어, 금속가공유)을 적용하는 것이 알려져 있다. 이 기술분야에서 사용되는 많은 기계가공 조성물은 도구/작업물의 계면내로 공급되는 액체라 하더라도, 몇몇 기계가공 공정에서는 예를들어 태핑공정에서와 같이 패이스트 같은(paste like) 조성물로 도구 및/또는 작업물을 코팅하거나 연신 및 다림질 공정에서와 같이 접촉되기 전에 블랭크(blank) 및/또는 천공 및/또는 다이(die)에 액체 또는 반-액체를 미리-적용하는 것이 알려져 있다. 본 발명에 의한 기계가공 유체 조성물은 특정한 물질 가공 공정에 상응하거나 필요시되는 어떠한 물리적 상태로 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "기계가공 유체"와 기계가공 유체 조성물"은 호환되어 사용되며 작업물 형성 공정에서 도구 및 고체 작업물사이의 계면에 적용되는 액체를 의미한다.
도구와 작업물의 계면에 적용되는 기계가공 유체 또는 조성물은 2 종류로 크게 분류된다. 이들 종류는 비수성(즉, 오일류)와 수성 기초 유체 또는 액체이다. 비-수성 기계가공 유체 또는 조성물은 오일 또는 오일 혼합물(보통 석유계 오일)과 예를들어 극압제(extreme pressure agent), 부식 방지제, 항박테리아제, 항균제 및 악취 제거제와 같은 하나 이상의 첨가제로 이루어진다. 수성 기초 기계가공 유체 또는 조성물은 물, 윤활제, 및 예를들어 표면활성제, 극압제, 부식 방지제, 항박테리아제, 항균제 및 소포제와 같은 첨가제의 복합 혼합물이다. 수성 기초 기계가공 유체 또는 조성물(예를들어, 금속가공 유체)은 나아가 용해성유, 합성 및 반-합성 형태로 분류된다. 1986년 3월 발행된 Tooling and Production 간행물의 p38에는, 화학적으로 안정화된 용액에 부유된 지름이 0.0002 ∼ 0.00008 in의 오일 방울을 갖는 불투명 에멀젼을 형성하는 특정 광물성 유를 사용하는 용해성유 형태의 기계가공 유체가 기재되어 있다. 같은 페이지에 합성 형태의 기계가공 유체가 모두 물에 용해되어 있는 습윤제, 윤활 첨가제, 살균제(disinfectant) 및 극압 첨가제로 구성되는 것으로 기술되어 있으며 반-합성 형태의 기계가공 유체는 물과 오일 및 고농도의 유화제를 사용하며 소적 크기가 0.000004 in 이하인 화학약품으로 예비-형성된 에멀젼으로서 반투명 또는 투명인 유체를 형성한다고 기술되어 있다.
비-수성(즉, 오일 기초) 기계가공(예를들어, 금속가공) 유체가 절단 및 비-절단 기계가공 공정에 효과적이라는 것이 발견되었지만, 이들은 사용가능성과 비용 문제와 함께 냄새, 건강, 폐기 및 안전 문제를 갖는 것으로 알려져있다. 수성 기초 기계가공(예를들어 금속가공) 유체는 오일 기초(즉, 비-수성)기계가공 유체보다 폐기, 안전성 및 건강상 문제점이 보다 적으며 쉽게 구입할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 수성 기초 기계가공 유체는 화재 위험이 낮으며, 흔히 보다 쉽게 폐기 처분되며 몇배나 비용이 낮은 특성을 갖는다. 따라서, 수성 기초 기계가공 유체 또는 조성물은 오일 또는 비-수성 기초 기계가공 유체보다 선호되어 왔다.
그들의 잇점에도 불구하고, 수성 기초 기계가공 유체는 미생물 성장을 위한 영양분으로 작용하는 성분들을 함유하여 저장 및 사용중에 미생물(예를들어, 박테리아와 곰팡이)에 의한 품질저하로 인해 어려움을 겪는다. 제어되지 않으면, 이들 미생물들은 냄새, 성능저하(예를들어, 보다 낮은 마찰 감소), pH 감소에 의한 저하된 부식 제어나 억제와 물 및 오일 에멀젼 형태의 기계가공 유체 조성물의 탈에멀젼화와 같은 문제점들을 발생시킨다. 이에 따라, 미생물의 성장 및 공격을 박멸하거나 방지하기 위해 항박테리아제 및 살균제를 수성 기계가공 유체에 혼합시킨다.
하지만, 항생물제(예를들어, 항박테리아제 및/또는 살균제)가 수성 기계가공 유체내에서 미생물의 성장을 저해하거나 감소시키는데 효율적인 것도 중요하다. 유체의 성분상에 대한 미생물의 공격을 방지하거나 감소시키는 것도 중요하다. 예를들어, 포름알데히드, 트리스(히드록시메틸)니트로 메탄, 아연 피리딘티온, o-페닐페놀, 2,3,4,6-테트라-클로로페놀, 디메톡산, 1,2-벤즈이소티아졸린-3-온, 1,3,5-트리스(푸르푸릴)헥사하이드로-S-트리아진 및 소디움-2,4,5-트리클로로페네이트를 포함하여 수많은 살균제가 알려져 있다. 수성 기계가공 유체에 사용가능한 살균제는 유체에서 미생물 제어, 안정성 및 양립성에서 그 효과가 다르다. 수성 기초 기계가공 유체내에서 이들의 효과(즉, 미생물 제어의 정도 및 범위(spectrum)), 안정성 및 양립성등은 수성 기초 기계가공 유체의 종류와 조성 뿐 아니라 이들의 화학적 조성과 구조, 화학적 특성 및 물리적 특성에 따라 다르다. 수용성유 형태의 수성 기계가공 유체에 사용가능한 몇몇 살충제는 합성 형태의 수성 기계가공 유체에는 효과적이거나 사용가능하지 않다. 다른 한편으로는 합성 형태의 수성 기계가공 유체에 사용가능한 몇몇 살충제는 반-합성 형태의 수성 기계가공 유체에는 사용 가능하지 않고 그리고/또는 효과적이지 않다는 것이 발견되었다. 유체에서 살충제의 양립성은 종종 여러 살충제에 있어 특별한 문제점이 된다. 수성 기계가공 유체에서 살충제가 저장 및 사용중에 유체의 안정성에 역효과를 주지 않는 것이 중요하다. 이것은 특히 수용성유와 반-합성 형태의 수성 기계가공 유체에서 특히 중요하다. 미생물의 성장과 공격에 대한 수성 기계가공 유체의 저항성은 시간경과 및 유체를 사용함에 따라 감소한다는 것이 알려져 있다. 이러한 저항성의 감소율은 무엇보다도 살충제의 항균 효과의 안정성과 범위, 유체에 대한 저장 조건, 유체가 수용하는 사용량 및 유체가 사용되는 조건에 따라 다를 수 있다. 미생물의 성장과 공격에 대한 유체의 내성을 유지하기 위해 종종 살생물제를 보충하기도 한다. 미생물에 대한 유체의 저항성의 파괴 또는 손실은 유체의 이용가능하거나 또는 유효한 수명을 제한하거나 파괴시키며, 유체 자체 또는 그 어느 성분의 보충량을 증가시키며, 사용한 유체를 새 유체로의 교체를 증가시키며, 세척을 증대시키며, 쓰레기를 증가시키며, 기계가공 작동 또는 공정의 정지 시간을 증대시키는데, 이들 모두는 수성 기계가공 유체의 비용측면의 효율성 감소와 기계가공 비용을 증대시킨다. 미생물에 대한 내성을 증가시키고 이들의 항균 수명을 증대하기 위한 수성 기계가공 유체의 개선책들을 지속적으로 연구하고 있다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 미생물에 대한 개선된 내성을 갖는 수성 기계 가공 유체 조성물을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 필적하는 종래의 수성 기계가공 유체 조성물의 미생물 내성의 불이익을 극복하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 미생물의 성장과 공격에 대한 개선된 내성을 갖는 안정한 수성 기계가공 유체 조성물을 제공하는 것이다. 나아가 본 발명의 또다른 목적은 개선된 항균 수명을 나타내는 수성 기계가공 유체 조성물을 제공하는 것이다.
[발명의 상세한 설명]
다음 상세한 설명과 청구항으로부터 이 기술분야에서 숙련된 자들에게 자명하게 될 상기 및 다른 목적들은 수성 기계가공 유체 조성물에 대한 본 발명에 의해 이루어진다. 이와 같이 이제 본 발명에 의하면 물, 물불용성 유기 윤활제, 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 표면활성제, 및 수용성 폴리 4차 (polyquaternary) 양이온성 살생물제로된 혼합물로 이루어진 수성 기계가공 유체 조성물이 제공된다. 본 명세서의 본문과 청구항에서, 용어 "기계가공 유체 조성물"과 "기계가공 유체"는 고체 금속성 및 고체 비-금속성 작업물 또는 대상물을 기계적 성형 및 가공하는데 사용되는 작업물과 접촉하는 유체 조성물을 의미한다. 마찬가지로, 혼합물은 제시된 성분들의 혼합물 뿐 아니라 제시된 성분들을 혼합하거나 제시된 성분들과 이 성분들을 함유하는 기계가공 유체 조성물의 다른 성분들과의 혼합으로 인한 반응 생성물도 포함한다. 본 명세서와 청구항에서 사용된, 용어 "작업물"은 기계적 성형 또는 가공 공정하에 있는 고체 대상물을 의미한다. 고체 비금속 작업물로는, 이에 한정되지는 않지만, 유리, 세라믹 및 석재 작업물을 포함한다. 고체 금속성 작업물로는, 이에 한정되지는 않지만, 강철, 알루미늄, 놋쇠, 철, 스테인레스 스틸, 구리, 압연강, 티타늄 및 여러 가지 합금 작업물 또는 대상물들을 포함한다. 미생물 살균제, 항균제, 살균제 및 살생물제는 본 명세서에서 호환적으로 사용되며 미생물을 살균하는 물질 또는 조제물을 의미한다.
이제 미생물(예를들어, 박테리아와 곰팡이)의 성장과 공격에 대한 개선된 내성을 갖는 수용성유와 반-합성 형태의 수성 기계가공 유체가 발견되었다. 또한, 수성 기계가공 유체의 안정성(즉, 성분들의 분리에 대한 내성)을 유지하면서 미생물의 성장과 공격에 대한 내성에 있어서의 이러한 개선을 본 발명에 의해 이룰 수 있다는 것을 발견하였다. 나아가, 본 발명에 의하면, 미생물의 성장과 공격에 대한 개선된 내성 및 불안정성에 대한 내성(즉, 유체 성분들의 분리에 대한 내성)을 갖는 수성 기계가공 유체 조성물은 수성계(즉, 수성 에멀젼)에서 탈에멀젼화 특성을 갖는다고 알려진 살생물제를 포함할 수 있음을 발견하였다. 합성 형태의 수성 기계가공 유체 조성물과 달리 본 발명에 의한 수성 기계가공 유체는 이 기술분야에서 수용성유와 반-합성 형태의 수성 기계가공 유체로 알려진 형태로 되어 있으며, 양쪽 모두 이 기술분야에서 에멀젼으로 알려져 있다. 본 발명에 의해 제조된 수성 기계가공 유체조성물이 에멀젼에 있어서는, 유체에 대한 개선된 미생물 내성을 이루면서 에멀젼의 안정성을 유지하는 것이 중요하다. 이들 두 목적 모두 본 발명에서 추구하였으며 이루어졌다. 물론, 유체의 미생물 내성을 개선시키면서 수성 기계가공 유체의 안정성을 유지하는 것이 중요할 뿐 아니라 기계가공 방법 또는 공정에서 유체의 기능 효율성을 유지하는 것도 또한 중요하다. 본 발명에 따라 제조한 수성 기계가공 유체는 기계가공 방법 또는 공정에서 작용적으로 효율적이다.
본 발명에 의하면, a) 물, b) 물불용성 유기 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제 및 d) 살생물적 활성을 갖는 수용성 폴리4차 양이온성 화합물로된 혼합물로 이루어진 개선된 수성 기계가공 유체 조성물이 제공된다. 살생물적 활성을 갖는 수용성 폴리4차 양이온성 화합물은 또한 축약하여 수용성, 폴리4차, 양이온성 살생물제라고도 규정할 수 있으며 이러한 용어는 본 명세서와 청구항에서 동일한 의미로 호환하여 사용할 수 있다. 나아가 본 발명에 의하면 a) 물, b) 물불용성 유기 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제, 및 d) 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제로된 혼합물로 이루어진 개선된 수성 기계가공 유체가 제공된다. 본 발명에 의하면, 또한 a) 물, b) 물불용성 천연 및 합성 유기 윤활제로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 물불용성 유기 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제, 및 d) 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제로된 혼합물로 이루어지는 수성 기계가공 유체가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에서는 a) 물, b) 물불용성 천연유 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성, 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제, 및 d) 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제로된 혼합물로 이루어지는 개선된 수성 기계가공 유체 조성물이 제공된다. 본 발명의 다른 실시예에서는 a) 물, b) 물불용성 합성유 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성, 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제 및 d) 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제로된 혼합물로 이루어지는 개선된 수성 기계가공 유체가 제공된다. 본 발명의 또다른 실시예로서, a) 전체 조성물을 기준으로 물 약 1 ∼ 99 중량%, b) 물불용성 천연 및 합성 유기 윤활제로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 물불용성 유기 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 표면활성제, 및 d) 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제로 된 혼합물로 이루어지는 개선된 수성 기계가공 유체 조성물이 제공된다. 바람직하게는, 본 발명에 의하면 a) 전체 조성물을 기준으로 물 약 5 ∼ 99 중량%, b) 물불용성 천연 및 합성 유기 윤활제로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 물불용성 유기 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성, 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 표면활성제 및 d) 수용성 지방족 폴리-4차, 양이온성 살생물제로된 혼합물로 이루어지는 수성 기계가공 유체 조성물이 제공된다.
본 발명의 물불용성 유기 윤활제는 기계가공 공정 또는 작동중에 도구와 작업물간의 마찰을 감소시키며 물에 분산가능한 윤활 점도를 갖는 물불용성 유기 화합물 또는 물불용성 유기 화합물의 혼합물이다. 이와같은 물불용성 유기 윤활제는 천연 발생 물질 또는 화합물, 천연 발생 물질 또는 화합물의 혼합물, 합성 유기 화합물, 합성 유기 화합물들의 혼합물 또는 천연 발생 물질 또는 화합물과 합성 유기 화합물의 혼합물일 수 있다. 전형적으로 물불용성 유기 윤활제는 윤활 점도를 갖는 천연 발생 또는 합성유이며 보통 액체이다. 하지만, 물불용성 윤활제는 약간 점성이 있거나(하지만 취급가능하며), 또는 예를들어 물에 불용성인 유지와 같은 반액체 상태일 수 있다. 본 명세서의 본문과 청구항에서 용어 "물불용성(water insoluble)"은 상온(예를들어 75℉)에서 물에 대한 용해도가 약 1% 이하를 의미한다. 본 발명에서 유용한 물불용성 윤활제로는, 이에 한정되지는 않지만, 파라핀, 나프텐 또는 파라핀과 나프텐의 혼합형태를 물불용성 용매로 정제하거나 또는 산정제한 광물성유, 석탄 또는 셰일로부터 유도된 오일, 석유 기초 오일, 황화 오일, 염소 황화된 오일(chlorosulfurized oils), 염소화 오일, 캐스터 오일(caster oil), 콩기름, 면실유, 야자유, 해바라기유 및 유채유를 포함하는 식물성유, 돼지기름과 고래기름을 포함하는 동물성 기름, 폴리올레핀, 지방산 에스테르 또는 아미드, 중합된 불포화 C12∼ C36지방산 아미드 및 중합된 불포화 지방산 에스테르 등을 포함한다.
본 발명에 유용한 합성 윤활유로는 예를들어 중합된 및 상호중합된 올레핀과 같은 물불용성 탄화수소 오일 및 할로-치환된 탄화수소 오일(예를들어 폴리부티렌, 폴리프로필렌, 프로필렌-이소부티렌 공중합체, 염소화 폴리부티렌 등); 알킬 벤젠(예를들어 도데실벤젠, 테트라데실벤젠, 디노닐벤젠, 디-(2-에틱헥실)벤젠 등); 폴리페닐(예를들어 비페닐, 터(ter)페닐 등); 등을 포함한다. 말단 히드록실기가 에스테르화, 에테르화 등으로 개질되어 있는 물불용성 알킬렌 산화물 중합체와 상호 중합체 및 이들의 유도체들은 다른 종류의 종래의 합성 윤활유를 구성한다. 이들은 에틸렌 산화물 또는 프로필렌 산화물, 이들 폴리옥시알킬렌 중합체의 알킬 및 아릴에테르(예를들어 평균 분자량이 1,000인 메틸폴리이소프로필렌 글리콜 에테르, 분자량이 500 ∼ 1,000인 폴리에틸렌글리콜의 디페닐에테르, 분자량이 1,000 ∼ 1,500인 폴리프로필렌 글리콜의 디에틸에테르 등) 또는 예를들어, 아세트산 에테르, 혼합된 C3-C8지방산 에스테르, 또는 테트라에틸렌 글리콜의 C18Oxo 산 디에스테르와 같은 이들의 모노 및 폴리카복시산 에스테르의 중합을 통하여 제조된 오일에 의해 예시 된다.
본 발명의 실시에 사용가능한 다른 적합한 종류의 합성 윤활유는 여러가지 알코올(예를들어 부틸 알코올, 헥실 알코올, 도데실 알코올, 2-에틸헥실 알코올, 펜타에리트리톨 등)과 디카복시산(예를들어 프탈산, 숙신산, 말레산, 아젤라산, 수베르산, 세바스산, 퓨마르산, 아디프산, 리놀레산 이합체 등)의 물불용성 에스테르를 포함한다. 이들 에스테르의 특수한 예로는 디부틸 아디페이트, 디(2-에틸헥실)-세바케이트, 디-n-헥실 퓨마레이트, 디옥틸 세바케이트, 디-이소옥틸 아젤레이트, 디이소데실 세바케이트, 리놀레산 이합체의 2-에틸헥실 디에스테르, 세바스산 1몰과 테트라에틸렌 글리콜 2몰 및 2-에틸-헥사논산 2몰을 반응함으로써 형성된 복합 에스테르 등을 포함한다. 폴리알킬-, 폴리아릴-, 폴리알콕시-, 또는 폴리-아릴옥시실록산 오일 및 실리케이트 오일과 같은 실리콘 기초 오일은 본 발명의 실시에 유용한 다른 유용한 종류의 합성 윤활제(예를들어 테트라에틸-실리케이트, 테트라이소프로필-실리케이트, 테트라-(2-에틸헥실)-실리케이트, 테트라-(4-메틸-2-테트라에틸)-실리케이트, 테트라-(p-3차 부틸페닐)실리케이트, 헥실-(4-메틸-2-펜톡실)-디실록산, 폴리(메틸)-실록산, 폴리(메틸-페닐)-실록산 등)를 포함한다. 본 발명에 사용가능한 다른 합성 윤활유로는 인 함유 산의 액체 물불용성 에스테르(예를들어 데칸 포스폰산의 트리크레실 포스페이트, 트리옥틸 포스페이트 디-에틸 에스테르 등), 중합체 테트라-하이드로퓨란 등을 포함한다. 본 발명의 실시에 유기 윤활제로서 유용한 지방족 카복시산의 황화처리된 불포화 에스테르의 예로는, 이에 한정되지는 않지만, 황화 메틸올레이트, 황화 헥실 소르베이트, 황화 도데실리놀레네이트, 및 황화 에틸렌 디리놀레이트, 1,6-헥실렌 디리시놀레이트, 글리세린 트리팔미톨레이트, 폴리옥시에틸렌 디올레이트, 폴리옥시프로필렌 디소르베이트 및 글리세린 디리놀레이트를 포함한다. 본 발명의 실시에 사용되는 불포화 지방족 카복시산의 황화 에스테르는 황화 지방 또는 황화 지방유이며 상기 황화처리된 지방 또는 지방유는 동물성 또는 식물성일 수 있다.
본 발명의 실시에 사용가능한 이와같은 황화 지방성 물질로는, 이에 한정되지는 않지만, 황화 우지(tallow), 황화 고래유, 황화 팜유, 항화 코코넛유, 황화 유채유, 황화 돼지 기름 및 황화 캐스터유 등을 포함한다.
본 발명의 방법에서 물불용성 윤활제로 사용가능한 황화처리된 중합된 불포화 지방산 아미드 및 이들의 에스테르는 일반적으로 12 ∼ 36개의 탄소 원자를 갖는 에틸렌계 불포화 지방산을 중합하여 얻은 중합된 불포화 지방산으로부터 제조된 황화 처리된 중합된 불포화 지방산의 유도체이다. 일반적으로, 상기 중합된 불포화 지방산은 2 ∼ 4개의 단량체 단위체, 2 ∼ 4개의 카복시산기 및 잔류 에틸렌 불포화기를 함유한다. 에틸렌계 불포화 지방산의 중합은 이 기술분야에서 알려져 있으며 이와같은 산과 중합 방법은 미국특허 제 3,256,304에 개시되어 있다. 에틸렌계 불포화 지방산으로부터 제조된 이합체, 삼합체 및 사합체 산은 상업용으로 시판된다. 예를들어, 리놀레산의 이합체는 Emery Industries에서 EMPOL 1022로 상업용으로 시판된다(EMPOL은 Emery Industries의 등록 상표이다). 이 이합체산은 중합되지 않은 리놀레산 2 ∼ 5%와 삼합체산 19 ∼ 22%를 함유한다. 중합된 에틸렌계 불포화 지방산은 출발물질인 에틸렌계 불포화 지방산과 중합이 수행되는 조건에 따라 변화하는 비율로 에틸렌계 불포화 지방산, 이합체산, 삼합체산의 혼합물 및 사합체산을 함유할 수 있다. 중합된 불포화 지방산의 황화처리는 이 기술분야에서 잘 알려진 방법으로 이루어진다. 황화처리되어 본 발명의 실시에 유용한 유기 윤활제를 생성하는 중합된 불포화산의 에스테르로는, 이에 한정되지는 않지만, 이합된 리놀레산의 모노메틸 에스테르, 이합된 리놀레산의 모노 폴리옥시알킬렌(예를들어, 폴리옥시에틸렌)글리콜 에스테르, 이합된 리놀레산의 산 종결된 폴리옥시알킬렌(예를들어, 폴리옥시에틸렌)글리콜 디에스테르, 및 이합된 리놀레산의 알코올 종결된 폴리옥시알킬렌(예를들어 폴리옥시프로필렌 옥시에틸렌)글리콜 폴리에스테르를 포함한다. 아미드와 에스테르 유도체를 제조하기 위한 황화처리된 중합된 불포화 지방산의 예로는, 이에 한정되지는 않지만, 황화처리된 중합된 올레산, 황화 처리된 중합된 리놀레산, 황화처리된 중합된 라우롤레인산(lauroleic acid), 황화처리된 중합된 박센산(vaccenic acid), 황화처리된 중합된 엘레오스테아르산(eleostearic acid) 및 황화 중합된 리놀레산을 포함한다.
본 발명의 실시에서 유기 윤활제로 사용가능한 황화처리된 탄화수소의 예로는, 이에 한정되지는 않지만, 황화처리된 올레핀, 올레핀 황화물, 지방족 탄화수소 황화물(예를들어 R5-S-R6, 여기서 R5은 1 ∼ 20개의 탄소를 갖는 알킬이며 R6은 3 ∼ 20개의 탄소를 갖는 알킬임) 및 황화처리된 폴리올레핀, 특히 황화처리된 저분자량 폴리올레핀을 포함한다.
본 발명의 실시에 있어서는 물불용성 유기 윤활제는 광범위하게 양이 변한다. 전형적으로 물불용성 유기 윤활제의 양은 전체 수성 기계가공 유체 조성물을 기준으로 약 0.01 ∼ 90%, 바람직하게는 약 0.02 ∼ 30%, 보다 바람직하게는 약 0.02 ∼ 20%의 범위이다.
본 발명에 의하면, 표면활성제는 비이온성, 최대 12개의 탄소원자를 포함하는 음이온성과 양이온성 표면활성제 및 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다. 본 발명의 실시에서 사용가능한 비이온성 표면활성제로는, 예를들어, 이에 한정되지는 않지만, 올레일 알코올과 10개의 에틸렌 산화물 단위체와의 반응 생성물과 같은 고급 지방산 알코올과 에틸렌 산화물의 축합산물; 이소옥틸페놀과 12개의 에틸렌 산화물 단위체의 반응 생성물과 같은 알킬 페놀과 에틸렌 산화물의 축합산물; 고급 지방산 아미드와 5개 이상의 에틸렌 산화물 단위체와의 축합산물; 테트라에틸렌 글리콜 모노팔미테이트, 헥사에틸렌글리콜 모노라우레이트, 논(non)에틸렌글리콜 모노스테아레이트, 논에틸렌글리콜 디올레이트, 트리데카에틸렌글리콜 모노아라키데이트(monoarachidate), 트리코사에틸렌글리콜 모노베헤네이트, 트리코사에틸렌글리콜 디비헤네이트와 같은 긴 사슬 지방산의 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 소르비탄 트리스테아레이트와 같은 다가 알코올의 부분적 고급 지방산 에스테르, 다가 알코올 부분적 고급 지방산 에스테르들의 에틸렌 산화물 응축 생성물, 및 에틸렌 산화물 10개 분자와 반응한 글리세롤 모노팔미테이트, 에틸렌 산화물 12개 분자와 반응한 펜타에리트리톨 모노올레이트, 에틸렌 산화물 10 ∼ 15개 분자와 반응한 소르비탄 모노스테아레이트와 같은 이들의 내부 무수물(만니탄(Mannitan)으로 불리는 만니톨 무수물과 소르비탄(Sorbitan)으로 불리는 소르비톨 무수물); 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 550 모노스테아레이트(550은 폴리글리콜 에테르의 평균 분자량을 의미한다)와 같은, 한 개의 히드록실기는 고급 지방산으로 에스테르화되며 다른 하나의 히드록실기는 저분자량 알코올로 에스테르화되어 있는 긴사슬 폴리글리콜;을 포함한다.
본 명세서에서 나타난 비이온성 에멀젼화제는 비교적 고분자량이며 에테르결합(-C-O-C-), 히드록실기(-OH), 카보닐옥시기 [-C(=O)-O-] 등과 같은 기들을 함유한 가용성 또는 친수성부가 부착된 소수성부로 구성된 유기 화합물이다.
특별히 의도된 것은 하나 이상의 알킬렌옥시기를 함유하는 하나 이상의 사슬을 친수성 분획으로 갖는 표면활성제들이다. 이들 표면활성제는 일반식
R - (Y - H)y
를 갖는다.(여기서, R은 약 8 ∼ 22개의 탄소 원자를 함유한 지방족 알코올 또는 이들의 알킬기내에 약 4 ∼ 22개의 탄소 원자를 함유하는 알킬화된 페놀의 소수성부이고, Y는 알킬렌옥시 사슬이며, H는 알킬렌옥시 사슬의 산소 원자에 결합된 수소 원자이며, y는 1 ∼ 약 6, 바람직하게는 1 ∼ 4의 정수이다).
전형적인 지방족 알코올로는 옥틸 알코올, 노닐 알코올, 데실 알코올, "코코(coco)" 알코올(C10∼ C16알코올의 혼합물), 도데실 알코올, 올레일 알코올, 우지알코올(C16∼ C18알코올의 혼합물), 옥타데실 알코올, 2,6,8-트리메틸-4-노닐 알코올 등이다.
전형적인 알킬화 페놀은 부틸페놀,펜틸페놀, 헥실페놀, 옥틸페놀, 노닐페놀, 도데실페놀, 헥사데실페놀, 옥타데실페놀, 노나데실페놀 등이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "알킬렌옥시 사슬(alkyleneoxy chain)"은 알킬렌옥시기의 원자가들중 하나는 산소 원자로부터 그리고 다른 것은 탄소 원자로부터오도록 하는 방법으로 산소 원자에 결합된 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 부티렌 등과 같은 2가 알킬렌기들인 하나 이상의 알킬렌옥시기를 함유하는 사슬을 의미한다. 전형적인 알킬렌옥시기로는 에틸렌옥시(-C2H4O-), 프로필렌옥시(-C3H6O-), 부티렌옥시(-C4H8O-) 등이다.
본 발명의 실시에 사용할 수 있는 다른 적합한 비이온성 표면활성제로는, 이에 한정되지는 않지만, 소르비탄 세스퀴올레이트, 폴리옥시에틸렌 알킬 페놀, 폴리옥시에틸렌(10 몰) 세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌 식물성유, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트, 폴리옥시에틸렌(40 몰) 소르비톨 헥사올레이트, 혼합된 지방산과 수지산의 폴리옥시에틸렌 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 라놀린 유도체, 폴리옥시에틸렌(12 몰) 트리데실 에테르, 혼합된 지방산과 수지산의 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트, 폴리옥시에틸렌(20 몰) 스테아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌(20 몰) 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌(15몰) 트리데실 에테르, 폴리옥시에틸렌 지방산 알코올, 폴리옥시에틸렌 알킬 아민, 폴리옥시에틸렌 글리콜 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노팔미테이트, 폴리옥시에틸렌(20 몰) 세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥시프로필렌 스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 라놀린 유도체를 포함한다.
본 발명의 실시에 사용가능한 양이온성 표면활성제로는, 예를들어, 이에 한정되지는 않지만, 올레일트리메틸-암모늄 클로라이드, 옥타데실-디(히드록시에틸)-메틸-암모늄 클로라이드, 디스테아릴-디메틸-암모늄 메틸 설페이트를 포함한다.
다른 양이온성 에멀젼화제로는 아세트산 등과 같은 유기산과, 고리형 아미다졸린, 3차 에톡실화 소야(soya) 아민, 분자의 폴리에톡실화 부내의 2개의 에톡시 단위체를 갖는 우지 폴리에톡실화 아민, 분자의 폴리에톡시 부내에 2 ∼ 5개의 에톡시 단위체를 갖는 올레일 폴리에톡실화 아민, 분자의 폴리에톡시 부내에 5개의 에톡시 단위체를 갖는 소야 폴리에톡실화 아민 등과 같은 아민과의 혼합물이다. 올레일아민 아세테이트, 세틸아민 아세테이트, 디도데실아민 락테이트, 아미노에틸 스테아르아미드의 아세테이트, 디라우로일 트리에틸렌 테트라아민 디아세테이트, 1-아미노에틸-2-헵타데신닐 이미다졸린 아세테이트와 같은 긴사슬 1차, 2차 또는 3차 아민의 염들; 및 세틸피리디늄 브로마이드, 헥사데실 에틸 모르포리늄 클로라이드, 및 디에틸 디도데실 암모늄 클로라이드와 같은 4차염이 있다.
본 발명의 실시에 사용가능한 음이온성 표면활성제는 최대 12개의 탄소 원자를 포함하도록 요구된다. 이들 음이온성 표면활성제로는, 예를들어, 이에 한정되지는 않지만, 라우르산, 운데카논산, 카프르산, 펠라곤산(pelargonic acid), 카프릴산(caprylic acid), 에난트산(enanthic acid), 카프로산(caproic acid) 및 발레르산과 같은 지방산의 알칼리 금속, 암모늄 및 아민 비누를 포함한다. 이러한 비누의 예로는 트리에탄올아민 발레레이트, 트리에탄올아민 카프로에이트, 이소프로판올아민 페라고네이트, 이소프로판올아민 발레레이트, 메톡시 프로필아민 카프릴레이트, 모르폴린 발레레이트, 소디움 라우레이트, 포타슘 카프레이트, 암모늄 카프릴레이트 및 소디움 운데카노에이트를 포함한다.
어떠한 둘 이상의 비이온성 표면활성제의 혼합물로 본 발명의 실시에서 사용할 수 있다. 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 2 이상의 음이온성 표면활성제의 혼합물을 본 발명의 실시에 사용할 수 있다. 2 이상의 양이온성 표면활성제를 혼합물로 본 발명의 실시에 사용할 수 있다. 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 비이온성, 음이온성 표면활성제와 양이온성 표면활성제중 어떠한 2개의 혼합물 또는 이들 모두의 혼합물도 또한 본 발명의 실시에 사용할 수 있다.
본 발명의 실시에 유용한 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제는 2 이상의 4차 질소 원자를 갖는다. 본 발명의 실시에 사용할 수 있는 이러한 형태의 화합물과 그 제조 방법은 이 기술분야에서 알려져 있으며, 한정하는 것은 아니나, 다음의 개시된 물질들을 포함한다. 미국특허 제 4,730,079에 개시된 바와 같이, 4차 알콕실화 중축합물은 알콕실화 1차 지방산 아민을 디올과 디카복실산으로 중축합으로 에스테르화하여, 반응 산물을 알콕실화함으로써 제조한다. 상기 '079 특허에는 수성계에서 부식 방지제로서 그리고 오일내의 물과 수성 에멀젼내의 오일 의탈에멀젼화제(즉, 에멀젼 파괴제)로서 이들 중축합물의 사용이 개시되어 있다. N,N'-비스(디알킬아미노알킬)우레아, 염산, 에피클로로히드린 및 3차 아민을 혼합하여 제조한 폴리4차 암모늄 화합물과 물 시스템내의 살균제, 부식 방지제, 탈결합제(debonding agent), 엉김제(floccualnt), 연화제 및 정전기 방지제로서와 물내의 오일과 오일 에멀젼내 물내에 탈에멀젼화제로서의 이들의 사용을 미국특허 제 4,507,081에서 가르치고 있다. 1차 아민 또는 암모니아를 에피클로로히드린과 반응시켜 3차 아민 중합체 전구체를 생성한 다음 이 전구체를 자체가 중합하거나 이 전구체를 3차 아민과 반응시킴으로써 제조된 양이온성 수용성 아민-에피클로로히드린 중합체 화합물과
a) 종이 제조와 직물 공정에서의 배수 보조제, 형성 보조제, 보존 보조제, 풀재료(sizing agent) 및 강도 개선제,
b) 물에서의 용해되거나 고형 미립자물질 제거제,
c) 물 시스템의 엉김제 및
d) 상업용 및 공업용 냉각 시스템과 수영장과 같은 물 시스템에서 박테리아, 곰팡이 및 조류에 효과적인 시약으로서의 이들 화합물의 사용이 미국특허 제 4,054,542에 개시되어 있다. 미국특허 제 4,018,592에는 폴리 [2-히드록시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌(디메틸이미니오)메틸렌 디클로라이드] 와 이것의 제조 및 공업용 수성계(예를들어, 냉각탑과 축양지)(Folding pond, 蓄養池)와 수영장에서 조류의 성장을 억제하기 위한 이들의 사용이 개시되어 있다. 식 Z [-CH2CHOHCH2-N+(CH3)2-] nCHOHCH2-Z+nX-(여기서 Z는 X 또는 라디칼 -N(CH3)2이며; X는 원자량이 34 이상인 할로겐이며 n은 2 ∼ 20의 정수임)를 갖는 중합체 4차 암모늄 화합물 또는 이들의 혼합물과 이들의 제조 방법 및 종이 제조, 에어 컨디셔닝, 급습기(humidifier) 및 연마 윤활제에서와 수영장에서와 같은 재순환 물 시스템 내에서 항균제로서의 이들의 사용을 미국특허 제 4,089,977에서 가르치고 있다. 폴리 [옥시에틸렌(디메킬이미니오)에틸렌(디메틸렌이미노)에틸렌 디클로라이드] 와 이들의 제조 및 냉각탑, 축양지 및 수영장에서 조류를 억제하는 비-발포성이며 무자극성 살조제로서의 이들의 사용이 미국특허 제 3,771,989에 개시되어 있다.
미국특허 제 4,730,079, 4,507,081, 4,054,542, 4,018,592, 4,089,977 및 3,771,981에 개시된 화합물들은 표면활성제의 활성을 갖는 양이온성 물질이다. 따라서 이들은 이들의 반대 이온의 특성으로 인해 음이온성 표면활성제와 실질적으로 이온적으로 반응성이 있으며 양립불가능하는 것으로 알려져 있다. 안정한 오일내의 물과 물에멀젼내의 오일은 보통 긴사슬 고분자량의 음이온성 표면활성제(예를들어, 포타슘 스테아릴 술포네이트, 스테아릴 아민 하이드로브로마이드 및 포타슘 올레이트)로 형성된다. 따라서 물내의 오일 및 오일 에멀젼내의 물에 양이온성 표면활성제를 첨가하면, 이 기술에 의하면, 에멀젼을 불안정화시킨다. 이 행동(즉, 탈에멀젼화 활성)은 미국특허 제 4,730,079와 미국특허 제 4,506,081에 개시되어 있다. 오일내의 물과 물 에멀젼내 오일은 미국특허 제 4,089,977, 미국특허 제 4,054,542, 미국특허 제 4,018,592 및 미국특허 제 3,771,989에서 가르치거나 제안되어 있지 않을 뿐 아니라 이들 특허에 의해 가르쳐진 안정한 오일내의 물과 물 에멀젼내 오일내의 양이온성 화합물의 사용도 개시되어 있지 않다. 오일내의 물과 물 에멀젼내의 물에서 통상적으로 사용되는 음이온성 표면활성제는 긴사슬(예를들어, 16개 이상의 탄소 원자), 오일 용해성 분획(예를들어 긴사슬 지방산 분획)을 갖는 다소 고분자량의 화합물 및 에멀젼을 구조화하여 안정화시키는 수용성 분획(예를들어 알칼리 금속 이온)이다. 음이온성 표면활성제 분자의 오일 용해성 및 수용성부의 균형은 에멀젼을 형성하고 안정화하는데 있어서 그 효율성을 확립하는데 요소가 된다. 미국특허 제 4,089,977, 미국특허 제 4,054,542, 미국특허 제 4,018,592 및 미국특허 제 3,771,989에서 가르친 화합물의 양이온적 성질과 알려거나 예상된 양이온성과 음이온성 표면활성제의 상호작용과 양립가능성의 견지에서, 이러한 화합물이 수성 에멀젼에서 탈에멀젼화 활성을 가지므로 이러한 에멀젼에서의 이들의 사용은 이러한 에멀젼이 안정하다고 의도되는 곳에서는 방해되거나 저해되는 것으로 인지 가능하다. 하지만 이 기술분야에서 가르쳐진 탈에멀젼화 작용과는 반대로, 본 명세서와 청구항에서 개시된 본 발명에 의하면, 이제 물과 물불용성 윤활제(예를들어, 물내의 오일과 오일 에멀젼내의 물 기계가공 유체 조성물) 과 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제를 함유하는 개선된 수성 기계가공 유체 조성물이 개시된다. 본 발명에 의해 제조된 수성 기계가공 유체 조성물은 안정성 및 미생물의 성장과 공격에 대한 개선된 내성을 나타낸다.
본 발명의 실시에서 사용가능한 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제로는, 예를들어, 이에 한정되지는 않지만, 미국특허 제 4,730,079, 4,506,081, 4,089,977, 4,054,542, 4,018,592 및 3,771,989에서 가르친 폴리4차 양이온성 화합물을 포함하며, 이들 화합물과 이들의 제조는 본 명세서에 참조로 개시되어 있다. 바람직하게는 본 발명의 실시에서 사용가능한 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제로는 Buckman Laboratories에서 제품명 BUSAN 77하에 디클로라이드 60 중량%를 함유하는 수용액으로 시판중인 폴리 [옥시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌 디클로라이드] 이다. BUSAN은 Buckman Laboratories의 등록 상표이다. 본 발명의 실시에서 사용가능한 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제는 광범위한 농도 범위에서 사용할 수 있다. 총 수성 기계가공 유체 조성물을 기준으로, 살생물제의 농도 범위는 약 0.3 ∼ 2.0 중량%, 바람직하게는 약 0.5 ∼ 1.0 중량%를 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명에 의해 미생물 공격에 대한 개선된 내성을 갖는 수성 기계 가공 유체 제조 방법이 개시된다. 본 방법은
a) 물 첨가 단계,
b) 물불용성 유기 윤활제 첨가 단계,
c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성, 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제 첨가 단계 및
d) 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제 첨가 단계, 를 포함한다.
본 발명에 의한 수성 기계가공 유체 조성물이 개시되며 본 발명자들에 의해 고찰된 수성 기계가공 유체 제조 방법은 이 기술분야에서 잘 알려진 장치를 사용하여 실행된다. 본 발명의 수성 유체 조성물의 성분들은 다양한 순서로 혼합할 수 있다. 이에 따라, 예를들어, 물을 표면활성제와 혼합한 다음 이 혼합물에 물불용성 윤활제를 첨가하고, 이어서 이 혼합물에 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제를 첨가할 수 있다. 본 발명에 의한 수성 기계가공 유체 조성물은 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제를 물에 첨가한 다음, 이 혼합물에 표면활성제를 첨가하고, 이어서 다음, 혼합물에 물불용성 윤활제를 첨가하여 제조할 수 있다. 본 발명에 의한 수성 기계가공 유체는 물과 물불용성 윤활제를 혼합한 다음, 이 혼합물에 표면활성제를 첨가하고, 이어서, 이 혼합물에 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제를 첨가함으로써 제조한다. 본 발명에 의한 수성 기계가공 유체 제조에서 알맞게 상승된 온도(예를들어 100 ∼ 175℉)를 사용할 수 있다.
이 기술분야에서 알려진 다양한 첨가제들이 수성 기계가공 유체 조성물의 기술분야에서 알려진 종래의 양으로 본 발명의 혼합물에 첨가할 수 있다. 이 기술분야에서 알려진 이와같은 첨가제로는, 이에 한정되지는 않지만, 부식 방지제, 살생물제, 살균제, 항박테리아제, 산화방지제, 수용성 윤활제, 소포제, 극압제, 금속입자 침전제, 착색제 및 느슨성(mildness) 첨가제를 포함한다.
본 명세서와 청구항에 기재된 수성 기계가공 유체 조성물은 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제를 필요로 하지만, 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제외에도, 또는 이와함께 이 기술분야에서 알려진 양의 다른(즉, 보조적인) 살생물제, 살균제 및 항박테리아제가 이 기술분야에서 알려져 있다는 것이 고찰되었다. 이 기술분야에서 알려진 이들 다른 살생물제, 살균제 및 항박테리아제로는, 이에 한정되지는 않지만, 포름알데히드, 포름알데히드 생성 또는 발생 화합물 또는 물질 및 비-포름알데히드 생성 화합물 또는 물질들을 포함한다.
농축된 형태의 수성 기게가공 유체 조성물을 제조하여 수송하는 것은 이 기술분야에서 흔히 실행된다. 다음으로 이와같은 농축 형태는 최종 사용자(즉, 유체의 사용자)에 의해 사용 농도로 물로 희석시키고 이 희석된 유체를 기계가공 공정에 사용한다. 유체의 농축된 형태는 보통 소량의 물, 전형적으로 10 중량% 미만, 을 함유한다. 그러나 보다 많은 양의 물이 제조되어 수송된 유체 조성물내에 존재할 수 있으며, 다음으로 이 조성물을 물로 더욱 희석시켜 유체의 최종 사용 농도를 생성할 수 있다. 농축 형태의 수성 기계가공 유체 조성물을 제조하여 수송하는 데 있어서의 잇점은 사용자가 물을 유체에 경제적으로 첨가하여 원하는 사용 농도를 얻을 수 있으므로 유체의 생산자로부터 다량의 물을 유체의 최종 사용자에게 보내지 않아도 된다는 것이다. 따라서 농축 형태의 수성 기계가공 유체 조성물의 제조 및 수송은 최종 사용 농도로 유체를 제조하여 수송하는데 있어 경제적인 잇점을 제공한다. 본 명세서의 본문과 청구항에서, 수성 기계가공 유체 조성물에 있어 본 발명은 농축된 형태, 최종 사용처를 위한 희석된 형태 및 이들 사이의 모든 농도의 수성 기계가공 유체 조성물을 포함한다는 것으로 의도되며 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 수성 기계가공 유체 조성물은 절단 또는 비-절단 방법에 의한 금속성(예를들어 강철) 작업물의 기계적 성형에 사용할 수 있으며 또한 예를들어 톱질, 시추, 분쇄 및 연마에 의한 것과 같은 플라스틱 작업물의 기계적 성형뿐 아니라 예를들어, 유리, 세라믹 및 석조 작업물의 톱질, 선회, 시추 및 연마와 같은 고체 비금속성 작업물의 기계적 성형에도 사용할 수 있다. 바람직하게는 본 명세서와 청구항에 개시된 바와 같이, 본 발명의 수성 기계가공 유체 조성물은 수용성유이며 반-합성형 수성 기계가공 조성물이며 합성 형태의 수성 기계가공 유체와 구별된다.
본 발명에 의하면, 본 발명자들은 본 발명의 일부로서 : a) 본 발명에 의한 수성 기계가공 유체 조성물; b) 물 첨가 단계, 물불용성 유기 윤활제 첨가 단계, 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제 첨가 단계 및 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제 첨가 단계를 포함하는 수성 기계가공 유체 제조 방법, 및 c) 본 발명에 의한 수성 기계가공유 조성물을 도구와 작업물사이의 경계면에 공급하는 단계를 포함하는 기계가공 방법,이 제공된다. 본 발명의 일부로 본 발명자들에 의해 고찰된 기계가공 방법의 실시는, 이에 한정되지는 않지만, 본 명세서에서 확인 및 기술된 이들 기계가공 방법을 포함한다. 이에 따라 본 발명에 의하면, a) 물, b) 물불용성 유기 윤활제, c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 표면활성제 및 d) 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제로된 혼합물로 이루어진 수성 기계가공 유체 조성물이 제공된다. 나아가 본 발명에 의하면 수성 금속가공 유체 조성물이 제공되며, 여기서 a) 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제는 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제이며, b) 물불용성 유기 윤활제는 물불용성 천연 및 합성 유기 윤활제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되며, c) 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제는 폴리 [옥시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌 디클로라이드] 이며 d) 물, 물불용성 유기 윤활제, 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로부터 선택된 표면활성제 및 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제중 최소 2개 이상이나 전체수보다는 적은 수를 혼합한 혼합물을 생성하여, 이것과 남아있는 상기 성분들을 혼합시킨다.
본 발명에 의해 제조한 수성 기계가공 유체 조성물은 최소 48시간동안 안정성(즉, 분리 및/또는 탈에멀젼화에 대한 내성)을 나타내었다. 이 결과는 종래 기술의 물내의 오일과 오일 에멀젼내의 물 내의 폴리4차 양이온성 살생물제의 종래의 알려진 탈-에멀젼화 효과 및 오일로부터 물과 물로부터 오일을 분리하는 폴리4차 양이온성 살생물제 물질의 종래 기술에서의 사용과는 크게 다르다.
이하 본 발명을 실시예에 따라 기술한다. 별도의 표시가 없으면 여기서 모든 량, 분획, 비율 및 퍼센트는 중량 기준 단위이며 모든 온도는 ℉ 단위이다.
[실시예]
[실시예 1 ∼ 6]
(1) BUSAN 77 - 폴리 [옥시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌 (디메틸이미니오) 에틸렌 디클로라이드] - Buckman Laboratories - BUSAN은 Buckman Laboratories 의 등록 상표임.
(2) T-MAZ 20 - 에틸렌 산화물 20몰로 에톡실화된 소르비탄 모노라우레이트 - PPG Corp. - T-MAZ는 PPG Corp.의 등록 상표임.
(3) MACOL DNP 10 - 에틸렌 산화물 10몰로 에톡실화된 디노닐페놀 - PPG Corp. - MACOL은 PPG Corp.의 등록 상표임.
(4) ANTAROX BL-236 - 지방족 폴리에스테르 - Rhone-Poulenc -ANTAROX는 Rhone-Poulenc의 등록상표임.
(5) MEA-BA - 물 35.7 중량%, 모노에탄올아민 14.3 중량% 및 붕산 50 중량%의 혼합물
(6) TERGITOL NP-6 - 에틸렌 산화물 6몰로 에톡실화된 노닐페놀 - Union Carbide Corp. - TERGITOL 은 Union Cabide Corp.의 등록상표임.
(7) VARINE T - 토올유 히드록시에틸이미다졸린 - Sherex Corp. - VARINE은 Sherex Corp.의 등록 상표임.
[실시예 7 ∼ 10]
(8) MAPEG 400 MS - 폴리에틸렌 글리콜 (MW 400) 모노스테아레이트 - Mazer Corp. - MAPEG는 Mazer Corp.의 등록상표임.
(9) SORBAX HO 50 - 폴리옥시에틸렌 소르비탄 헥사올레이트 - Chemax.Inc. - SORBAX는 Chemax Inc.의 등록 상표임.
(10) MAPEG 400 DO - 폴리에틸렌 글리콜(MW 400) 디올레이트 - Mazer Corp. - MAPEG는 Mazer Corp.의 등록 상표임.
실시예 1 ∼ 10의 수성 기계가공 유체 조성물은 다음 방법으로 제조하였다. 상 1은 상 1의 열거된 성분들 각각을 연속 교반하면서 혼합하는 단계, 이 혼합물을 110℉로 가열시키는 단계 및 맑은 혼합물이 형성될 때까지 연속 교반하는 단계, 에 의해 제조하였다. 상 2는 상 2의 열거된 성분들 각각을 연속 교반하면서 혼합하는 단계, 이 혼합물을 130℉까지 가열시키는 단계 및 균일한 혼합물을 얻을 때까지 연속 교반하는 단계로 제조하였다. 다음으로 맑은 균일한 생성물을 얻을 때까지 연속 교반하면서 130°의 상 2를 110°의 상 1에 첨가하여, 상기 실시예의 수성 기계가 공 유체를 생성하였다.
박테리아 제어 효능과 기계가공 성능 평가를 위한 다음 시험 절차를 상기 실시예에서 사용하였다. 박테리아 제어 성능 시험 A와 B에서, 결과는 시험 종결(즉, 유체의 실패)까지의 일수로 기록하였다. V-도구 시험에서 얻은 결과들은 절단중의 힘(1bs)로 기록하였다.
[시험 A]
자기 교반기를 사용하여 균일한 액체를 얻을 때까지 멸균되고, 총 경도가 125RPM인 물 97g을 시험될, 실시예에서 제조된 수성 기계가공 유체 조성물 3g과 비이커내에서 혼합함으로써 시험액을 제조하였다. 다음으로 상기 시험 액체를 계속하여 교반하면서 CO2를 시험액 속으로 주입하여 상기 시험액의 pH를 8.5로 조정하였다. 다음으로 시험액 100g을 살균된 8 온스의 프렌치 스퀘어 보틀에 넣고 이 액체를 시트로박터 에스피(Citrobacter sp.), 엔테로박터 에스피(Enterobacter sp.), 에스케리시아 콜리(Eschericia coli), 프로테우스 에스피(Proteus sp.) 및 소우도 모나스 에스피(Psuedomonas sp.)를 포함한 그램 음성 박테리아의 표준 혼합 박테리아 배양 접종원 0.02 mL으로 접종하였다. 박테리아 접종된 시험액을 함유하고 있으며 뚜껑을 1/4정도 느슨하게 한 뚜껑을 덮은 프렌치 스퀘어 보틀을 순환식 교반기에 놓고 시험중에 상기 액체를 연속적으로 교반하였다. Easicult 딥 슬라이드와 Orion Diagnostic Inc.로부터의 절차를 이용하여 시험액내의 박테리아의 수준(즉, 계수)을 하루 단위로 측정하였다. 이틀 연속으로 박테리아 수가 107박테리아/mL 이상에 이르렀을 때 시험액이 실패하여 시험의 종결이 일어나는 것으로 생각한다. 시험 결과는 시험 종결까지의 일수로 나타낸다. 이틀 연속으로 일일 박테리아수가 107이상에 이르기 전에 시험액이 오래갈수록 시험액, 즉 배합물의 박테리아 억제 효능이 더욱 양호하다.
[시험 B]
균일한 혼합물을 얻을 때까지 멸균되고, 총 경도가 125RPM인 물 950g을 상기 실시예에서 제조된 수성 기계가공 유체 조성물 50g과 혼합하여 시험액을 제조하였다. 펌프의 유입구와 연결된 용기의 바닥 가까이에 배출구를 갖는 1 갤론 용기를 사용하여 시험액을 장치에 넣었다. 펌프의 출구상의 공급 라인은 용기에 넣은 시험액이 펌프에 의해 용기의 내외로 연속적으로 순환하도록 정렬하고 용기의 상단에 유체를 공급하였다. 상기 장치의 용기는 연속 Z 패턴으로 배열된 금속 널빤지 칼럼과 용기내의 시험 유체의 저장용기 위에 위치한 많은 양의 주조 철제 칩을 가졌다. 용기 속의 시험 유체는 시트로박터 에스피(Citrobacter sp.), 엔테로박터 에스피(Enterobacter sp.), 에스케리시아 콜리(Escherichia coli), 프로토우스 에스피(Proteus sp.), 소우도모나스 에스피(Pseudomonas sp.)를 포함한 그램 음성 박테리아의 박테리아 배양 접종몰 2 mL와 곰팡이 3 mL로 매일 접종하였다. 장치내의 시험 유체의 순환은 전체 시험 기간동안 유지하였으며 3일간 유체 1 mL당 박테리아 수가 5 x 107이고 유체 1 mL당 곰팡이 수가 103이상이 될 때 시험을 종결하였다. Easicult 딥 슬라이드와 Orion Diagnostics Inc.의 절차를 사용하여 매일 박테리아 수를 세었다. 시험 종결까지의 일 수를 각 실시예에 기록하였다. 시험 종결(즉, 실패)전에 시험 유체가 오래갈수록 시험 유체의 박테리아 억제 효능은 더욱 양호하다.
[V-도구 시험 절차]
회전하는(95 표면 피트/분) 1/4 in 두께의 SAE 1026 강관의 끝에 쐐기형 고속 도구의 힘을 가했다. 도구의 공급력은 관벽내의 V형 홈을 절단하는데 충분하여, 칩들이 절단 부위로부터 2 조각으로(쐐기형 도구의 각 면으로부터 한 조각씩) 갈라졌다. 작업물의 회전과 도구 공급의 결과로서 도구에 가해진 힘은 Gould 기록기에 연결된 도구 기둥의 동력계에 측정하여 1b 단위로 기록하였다. 도구 조립에 칩의 어떠한 용접도 칩 흐름(시각적)의 중단과 작업물 회전에 대한 증대된 내성을 반영하였다. 절단 시험은 공정 전체를 통해 순환하는 시험 유체 3000g으로 가득찬 도구-칩 계면에 수행하였다. 이 시간중에 도구와 작업물은 일정한 동적 접촉 상태이므로, 시험은 각 절단면을 따라 완전히 접촉될때까지 시작하지 않는다. 시험 시간은 3분이다.
[산업상이용가능성]
본 발명을 특정 실시예를 참조하여 기술하였다. 본 명세서와 청구항의 기술적 사상과 범위내에서 본 명세서와 청구항의 범위내에 포함되는 다양한 다른 실시예를 실시할 수 있다는 것은 이 기술분야에서 숙련된 자라면 인지할 것이다.

Claims (12)

  1. a) 물;
    b) 물불용성 비합성 유기 윤활제;
    c) 비이온성, 최대 12개의 탄소 원자를 포함하는 음이온성, 및 양이온성 표면활성제와 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 표면활성제; 및
    d) 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제;
    로된 혼합물로 이루어지는 수성 기계가공 유체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제는 수용성 지방족 폴리4차 양이온성 살생물제임을 특징으로 하는 수성 기계가공 유체 조성물.
  3. 제1항 또는 2항중 어느 한항에 있어서, 상기 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제는 폴리 [옥시에틸렌(디메틸이미니오)에틸렌(디메틸렌이미니오)에틸렌 디클로라이드] 임을 특징으로 하는 수성 기계가공 유체 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 물불용성 유기 윤활제는 석유계 오일임을 특징으로 하는 수성 기계가공 유체 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 물불용성 유기 윤활제는 미네랄 오일임을 특징으로 하는 수성 기계가공 유체 조성물.
  6. 제2항 또는 제3항중 어느 한항에 있어서, 상기 물불용성 유기 윤활제는 석유계 오일임을 특징으로 하는 수성 기계가공 유체 조성물.
  7. 제2항에 있어서, 상기 물불용성 유기 윤활제는 미네랄 오일임을 특징으로 하는 수성 기계가공 유체 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 나아가 부식 방지제, 악취 조절제, 소포제, 침전제(settling agent), 항균제, 착색제, 정화제, 향기 및 연무방지제(antimisting agent)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 최소 하나의 물질을 포함함을 특징으로 하는 수성 기계가공 유체 조성물. 단, 상기 항균제는 수용성 폴리4차 양이온성 살생물제와 중복되지 아니한다.
  9. 제1항에 의한 수성 유체 조성물을 도구와 작업물의 계면에 공급하는 단계를 포함하는 기계가공 방법.
  10. 제2항에 의한 수성 기계가공 유체 조성물을 도구와 작업물의 계면에 공급함을 특징으로 하는 기계가공 방법.
  11. 제3항에 의한 수성 기계가공 유체 조성물을 도구와 작업물의 계면에 공급하는 단계를 포함하는 기계가공 방법.
  12. 제8항에 의한 수성 기계가공 유체 조성물을 도구와 작업물의 계면에 공급하는 단계를 포함하는 기계가공 방법.
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