KR100611735B1 - 식물성 오일, 합성 에스테르, 식물유 메틸에스테르를이용하고 아민류를 사용하지 않은 수용성 절삭유 조성물 - Google Patents

식물성 오일, 합성 에스테르, 식물유 메틸에스테르를이용하고 아민류를 사용하지 않은 수용성 절삭유 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물성 오일, 합성에스테르 및 식물유 메틸에스테르로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 윤활기유 10 ∼ 90 중량％ 및 이온교환수 0 ∼ 55 중량％에 첨가제 10 ∼ 55 중량％를 첨가하고 아민류를 첨가하지 않고 제조되는 수용성 절삭유 조성물에 관한 것이다.
식물성 오일, 합성에스테르, 식물유 에틸에스테르, 아민류, 윤활기유, 첨가제, 환경친화형, 수용성 절삭유, 조성물

Description

식물성 오일, 합성 에스테르, 식물유 메틸에스테르를 이용하고 아민류를 사용하지 않은 수용성 절삭유 조성물 {Composition of water soluble cutting oil}
본 발명은 금속의 절삭 가공 및 연산 가공에 관한 수용성 절삭유에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식물성 오일, 합성에스테르 및 식물유 메틸에스테르로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 윤활기유 10 ∼ 90 중량％ 및 이온교환수 0 ∼ 55 중량％에 첨가제 10 ∼ 55 중량％를 첨가하고 아민류을 사용하지 않고 제조되는 수용성 절삭유 조성물에 관한 것이다.
윤활기유를 가지는 절삭유의 종류는 에멀젼 타입(Emulsion type) 절삭유와 세미신데틱 타입(Semi-synthetic type) 절삭유로 구분된다. 절삭유는 금속의 절삭, 연삭 가공 과정에서 가공을 돕기 위해 사용되는 유제를 말한다. 절삭유의 기능은 절삭공구와 가공 금속간의 마찰을 줄이고, 마멸과 마모를 감소시키며, 가공표면의 특성을 좋게 하고, 표면에 유착되거나 녹아 붙는 것을 줄이며, 발생되는 열을 제거하여 열에 의한 변형을 방지하고, 가공 시에 발생되는 칩(Chip)과 잔류물 등을 씻어 내는 것이다. 이러한 절삭유의 기유로서 통상 원유 정제공정 중 가장 마지막 공정에서 생산된 섬유계 탄화수소 윤활기유를 주로 사용하여 왔다. 그러나, 상기와 같은 절삭유는 환경손상을 가져올 수 있으며, 상기와 같은 절삭유를 사용하는 사람의 건강을 위협할 수 있다.
종래 수용성 절삭유의 조성성분 및 조성 비율은 아래와 같다.
Figure 112005513228460-pat00001
Figure 112005513228460-pat00002
위 첨가제중 pH 향상제는 수용성 절삭유의 특성상 반드시 사용되어진 물질이었다. pH 향상제로 사용되어지는 대표적인 물질이 아민류이다. 아민류는 pH를 상승지키기고 유지하여 미생물의 장해를 최소화하고, 방청성능을 부여하여 가공소재 및 공구를 보호한다. 외부 산성물질이 소량 혼입될 경우 완충작용을 통해 수용성절삭유의 pH를 유지한다. 이와 같은 기능은 수용성 절삭가공에 매우 중요한 요소로 위의 기능이 없는 수용성 절삭유로 인해 장비손실, 소재불량 및 빈번한 절삭유의 교체로 경제적 손실을 야기 할 수 있다. 그리고 지방산과 결합하여 유화안정성을 부 여하는 첨가제이다. 이런 이유로 아민류를 사용하였으며 아민류를 사용하지 않은 조성물은 오일성분(식물성오일, 합성 에스테르 및 식물유 메틸에스테르)을 안정하게 유화하는데 상당한 어려움이 있고, 절삭가공에 사용이 방청성, 내부패성이 문제되기 때문에 상업화하는데 어려움이 있었다. 아민류의 구조는 아래와 같다.
Figure 112005513228460-pat00003
여기서 R은 알킬(Alkyl)기나 알카놀(Alkanol)기가 주로 결합된 구조의 원료를 수용성 금속가공유에 사용한다. 대표적인 예로는 모노-에타놀라민(Mono-Ethanolamine)(MEA), 디-에타놀라민(Di-Ethanolamine)(DEA), 트리- 에타놀라민(Tri-Ethanolamine)(TEA), 모노-이소푸로파놀라민(Mono-isopropanolamine), 디-이소푸로파놀라민(Di-isopropanolamine), 트리-이소푸로파놀라민(Tri-isopropanolamine), 아미노-메틸-푸로파놀(Amino-methyl-propanol) 등의 알카놀(alkanol)기가 첨가된 형태와 싸이클로헥시라민(Cyclohexylamine)과 같은 알킬(alkyl)기가 첨가된 형태이다.
Figure 112005513228460-pat00004
아민류는 위와 같은 장점으로 인해 수용성 금속가공유에 사용되어지고 있지 만 그로 인한 부작용도 있다. 절삭유 사용자가 장기간 혹은 단기간 피부 접촉시 피부병을 일으키는 주원인 물질이고, 소재가공시 발생하는 열에 의해 암모니아 계열의 냄새를 발생하여 불쾌감을 유발하는 원인이 되기도 한다. 이와 같은 자극성 때문에 불만을 제기하는 비중이 상당히 높고 개선을 요구하는 사례가 많다. 그리고 폐액을 처리하고 호소 방류시 잔류하는 질소는 인과 함께 부영양화를 일으킬 수 있는 원인을 제공한다.
최근 전세계적으로 환경보호의 중요성 및 작업자들에 대한 건강과 안전에 대한 관심이 늘어감에 따라 절삭유 중에서 탄화수소계 윤활기유를 대체, 환경수용성 윤활기유에 대한 연구 및 인체 친화형 제품이 북미나 서유럽 등에서는 이미 국가적인 차원에서 진행되고 있다.
본 발명은 또 이러한 추세에 맞춰 절삭유 조성물의 유효성분으로 환경수용성 윤활기유를 사용하고 자극성 물질인 아민을 첨가하지 않음으로써 생분해성이 우수하고 유독성이나 생태학적 독성이 적은 윤활성이 뛰어난 수용성 절삭유 조성물을 개발하는 것이다. 생분해성이 뛰어난 환경수용성 윤활기유는 크게 천연 지방유인 식물성 오일과 동물성 오일, 합성 에르테르, 식물유 메틸에스테르를 들 수 있다. 식물성 원료를 주원료로 사용하고 아민류을 사용하지 않아서 인체자극성을 최소화하고자 하였다.
식물성 오일들은 주로 식용으로 사용되고 있으나 환경수용성 윤활기유로도 사용될 수 있다. 식물유 메틸 에스테르는 독성이 적고 생분해성이 높아 토양에 유출되었을 경우 토양의 오염이 탄화수소계 윤활기유에 비해 적다. 또한 기후 변화 협약 대응(Life Cycle CO2: 경유의 1/4 수준)의 방편으로 식물유 메틸 에스테르 1톤 사용 시에 CO2를 2.2톤 감면 받으므로써 국가경쟁력에도 이바지한다. 식물유 메틸 에스테르는 메틸 올리에트( Methyl Oleate)와 메틸 리놀리에트(Methyl Linoleate)가 주성분으로 저점도이며(40℃, 1.9∼6.0cSt), 윤활성이 뛰어나 석유계 탄화수소 윤활기유 대신 사용할 경우 가공성이나 세정성 등에서 우수한 성능을 나타낸다.
〈수용성 절삭유에 사용될 수 있는 지방산과 화학적 구조〉
Figure 112005513228460-pat00005
본 발명에에 사용할 수 있는 유지는 하기 표에 나와 있다.
〈수용성 절삭유에 사용될 수 있는 식물성 유지 및 메틸 에스테르의 성분으로 사용될 수 있는 식물성 유지〉
Figure 112005513228460-pat00006
본 발명은 식물성 오일을 이용한 금속 가공유이므로 동물성 유지인 우지(Tallow)와 돈지(Lard oil)는 사용하지 않는다.
본 발명은 윤활기유로서 식물성 오일이나 합성 에스테르, 식물류 메틸에스테 르 중에서 선택하여 사용하고, 아민을 첨가하지 않고 기타 첨가제와 배합하여 형성되는 수용성 절삭유 조성물을 제공하는 것이다. 첨가제로는 계면활성제, 윤활첨가제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제, 소포제 등을 사용하며 환경에 영향이 적은 점가제 만을 사용하였고, 향후 사용이 규제될 수 있는 첨가제 성분인 니트라이트(Nitrite), 포말디하이드(Formaldehyde), 보론(Boron) 등은 사용하지 않았고, 극압 첨가제 등은 제외한 것이다.
본 발명은 식물성 오일 및 합성에스테르, 식물류 메틸에스테르로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 윤활기유 10 ∼ 90 중량％ 및 이온교환수 0 ∼ 55 중량％에 첨가제 10 ∼ 55 중량％를 첨가하고 아민류를 사용하지 않고 제조하는 수용성 절삭유 조성물에 관한 것이다.
본 발명에서 식물성 오일은 대두유, 채종유, 올리브유, 해바라기유, 피마자유, 자트로파(Jatropha)유 또는 팜유이며 합성에스테르는 네오펜틸글리콜 디올레이트, 트리메틸올프로판 트리올레이트, 펜타에리스리톨 테트라올레이트, 프로필렌글리콜 디올레이트 또는 리시놀레인산 축합물이다. 식물류 메틸에스테르는 대두유, 채종유, 자트로파(Jatropha)유의 메틸에스테르이다.
본 발명에서 사용하는 첨가제는 계면활성제, 윤활첨가제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제, 소포제 등을 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제는 계면활성제, 윤활첨가제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제, 소포제로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상인 것이다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 계면활성제는 라우릴알콜, 올레일알콜 등의 에톡시화물, 피마자유의 에톡시화물, 라우릴아민, 올레일아민의 에톡시화물, 올레인산의 아민염, 톨오일의 아민염, 에루크산의 아민염, 술폰산염, 하이퍼머 (Hypermer) A 70, , 하이퍼머 (Hypermer) A60, 타르카트(Targat) V 20, 베크 에스터(Veg Ester) GY-112, 아드코네트 (Addconate) H, 아드코네트 (Addconate) M, 숙신산 유도체, 숙신산의 아민염, 폴리에틸렌글리콜(PEG)-지방산 에스테르(Ester)를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 pH 향상제는 아민류를 사용하지 않고 KOH sol'n을 사용하거나 사용하지 않는다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 금속부식방지제는 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 머캅토벤조티아졸 및 이들의 유도체를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 방청첨가제는 카프릴산, 펠라곤산, 카프릭산, 세바식산, , 코프리 M1(Corfree M1), 코프리 M2(Corfree M2), 이르가코 190(Irgacor 190), 이르가코 190 플러스(Irgacor 190 Plus) 및 이들의 유도체를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 소포제는 폴리디메틸실록산, 변성 폴리디메틸실록산, 유기 실리콘 유도체, 실리카의 실리콘계 소포제를 포함한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로서 방부제는 티아졸린, 피리딘, 모폴린, 페놀, 니트로계, IPBC계 방부제를 포함한다.
실시예 1
합성에스테르, 식물성 오일 및 대두유, 채종유, 자트로파유 메틸에스테르를 첨가하고 이온교환수, 계면활성제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, 방부제 및 소포제를 첨가하였으며 pH 향상제(아민류 및 KOH Sol'n)를 사용하지 않은 수용성 절삭유를 제조하였다.
표 1. 수용성 절삭유의 조성
Figure 112005513228460-pat00007
실시예 2
합성에스테르, 식물성 오일 및 대두유 메틸에스테르를 첨가하고 이온교환수, 계면활성제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제(KOH sol'n), 소포제 및 방부제를 첨가하여 수용성 절삭유를 제조하였다.
표 2. 수용성 절삭유의 조성
Figure 112005513228460-pat00008
실시예 3
합성에스테르, 식물성 오일 및 채종유, 자트로파유 메틸에스테르를 첨가하고 이온교환수, 계면활성제, 금속부식 방지제, 방청첨가제, pH 향상제(KOH sol'n), 소포제 및 방부제를 첨가하여 수용성 절삭유를 제조하였다.
표 3. 수용성 절삭유의 조성
Figure 112005513228460-pat00009
실험예 1
실시예 1 내지 실시예 에서 제조한 수용성 절삭유의 성상은 표 내지 표 에 나타내었다.
표4. 수용성 절삭유의 성상
Figure 112005513228460-pat00010
표 5. 수용성 절삭유의 성상
Figure 112005513228460-pat00011
표 6. 수용성 절삭유의 성상
Figure 112005513228460-pat00012
본 발명은 수용성 절삭유 중 아민류를 사용하지 않아서 저자극성이면서 유효성분으로서 환경수용성 윤활기유로 사용할 수 있는 생분해성이 우수하고 유독성이나 생태학적 독성이 적은 윤활성이 뛰어난 식물성 오일, 합성 에스테르 및 식물유 메틸에스테르를 이용한 수용성 절삭유 조성물에 관한 것으로서 상업상 매우 유용한 것이다.

Claims (5)

  1. 식물성 오일, 합성에스테르 및 식물유 메틸에스테르로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 윤활기유 10 ∼ 90 중량％ 및 이온교환수 0～55 중량％에 첨가제 10～55 중량%를 첨가하고 아민류을 사용하지 않고 제조되는 수용성 절삭유 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 식물성 오일은 대두유, 채종유, 카놀라유, 올리브유, 해바라기유, 피마자유, 자트로파유 또는 팜유인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 합성에스테르는 네오펜틸글리콜 디올레이트, 트리메틸올프로판 트리올레이트, 펜타에리스리톨 테트라올레이트, 프로필렌글리콜 디올레이트 또는 리시놀레인산 축합물인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 식물류 메틸에스테르는 대두유, 채종유, 자트로파유의 메틸에스테르 인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 첨가제는 라우릴알콜, 올레일알콜 등의 에톡시화물, 피마자유의 에톡시화물, 라우릴아민, 올레일아민의 에톡시화물, 올레인산의 아민 염, 톨오일의 아민염, 에루크산의 아민염, 술폰산염, 하이퍼머 A 70, 하이퍼머(Hypermer) A60, 타르가트 V 20, 베크 에스터 GY-112, 아드코네트 H, 아드코네트 M, 숙신산 유도체, 숙신산의 아민염, PEG-지방산 에스터 중에서 선택되는 계면활성제; 아민류를 사용하지 않고 KOH sol'n으로 선택되는 pH 향상제; 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 머캅토벤조티아졸 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 금속부식방지제; 카프릴산, 펠라곤산, 카프릭산, 세바식산, 코프리 M1(Corfree M1), 코프리 M2(Corfree M2), 이르가코 190(Irgacor 190), 이르가코 190 플러스(Irgacor 190 Plus) 또는 이들의 유도체 중에서 선택되는 방청첨가제; 및 폴리디메틸실록산, 변성 폴리디메틸실록산, 유기 실리콘 유도체 또는 실리카의 실리콘계 소포제 중에서 선택되는 소포제인 것을 특징으로 하는 티아졸린, 피리딘, 모폴린, 페놀, 니트로계, IPBC계 방부제 중에서 선택되는 방부제인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
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