KR100821589B1

KR100821589B1 - 내부패성 금속 절삭유제의 조성물

Info

Publication number: KR100821589B1
Application number: KR1020060111923A
Authority: KR
Inventors: 이순제
Original assignee: 이순제
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-04-14

Abstract

본 발명은 석유계 광물유 50~85중량%, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(3~6몰) 5~10중량%, 분자량 400~600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 5~10중량%, 함량 42%의 클로로 파라핀(Chlorparaffin) 10~20중량%, 슬폴 465(Sulfol) 5~10중량%, 글루코산 소다 1~5중량%, 이온교환수 5~10중량%의 첨가제로 이루어짐을 특징으로 한다.

내부패성유제, 금속가공유제, 절삭유제, 절삭공정, 연삭공정

Description

내부패성 금속 절삭유제의 조성물{metal working fluids composition}

본 발명은 금속 절삭유제의 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 장기간 사용시에도 절삭유제가 부패되는 것을 방지하고 작업환경의 오염 및 절삭유제의 수명을 단축시키며 작업성의 저하 등을 방지할 수 있는 내부패성 금속 절삭유제의 조성물에 관한 것이다.
통상적으로, 내부패성 금속 절삭유제(Metal working fluids)의 조성물은 윤활성, 극압성, 내부패성, 세정성, 방청성등의 특성을 갖추어야 한다. 윤활의 기본 개념은 움직이는 두 물체의 마찰면 사이에 윤활제(기체, 액체, 고체)를 적당한 방법으로 공급하여 마찰 저항을 줄임으로써 그 움직임을 원할하게 하는 동시에 기계적 마모를 줄이는 것을 말한다.
유체윤활(FULL FILM LUBRICATION)은 완전윤활 또는 후막윤활이라고도 하며, 이것은 가장 이상적인 유막에 의해 마찰면이 완전히 분리된 것을 말한다. 경계윤활(BOUNDARY LUBRICATION)은 불완전윤활 또는 박막윤활이라고도 하며, 이것은 후막윤활 상태에서 하중이 증가하거나 유온이 상승하여 점도가 떨어져 유압만으로는 하중을 지탱할 수 없는 상태를 말한다.
극압성(E.P LUBRICATION)은 하중이 더욱 증대되어 마찰온도가 높아지면 결국 흡착유막으로서는 하중을 지탱할 수 없게되어 유막은 파괴되어 금속 접촉부분에 융착 또는 녹아붙음 현상이 일어난다. 이때 염소(CI), 황(S), 인(P)등의 유기화합물을 첨가함으로써 윤활이 가능해진다.
방청작용은 공기중의 산소나 물 또는 부식성 가스에 의해서 금속의 표면이 녹이 생기는 것으로부터 보호해주는 작용이다. 세정작용 접동 부위의 불완전 연소에 의한 탄화물, 금속 마멸분 또는 먼지 등의 불순물이 침입했을 때 이것을 금속면으로부터 깨끗하게 해주는 작용을 말한다.
종래의 금속 절삭유제(Metal working fluids)의 조성물은 윤활성, 극압성, 세정성, 방청성의 성능이 유지되지만, 절삭유제가 부패되는 것을 방지하기 위해서는 반드시 일반적인 방부제를 사용해야만 하였다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 목적은, 친환경적인 천연 방부제를 사용하여 생물과 환경에 영향을 적게주는 친환경적인 내부패성 금속 절삭유제(Metal working fluids) 조성물을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 일반 포름알데히드형 방부제(생분해가 되지않고 환경오염 및 인체에 악영향을 미치는 유해물질)을 사용하지 않고, 친환경적인 원료를 사용하여 절삭유제가 부패되는 것을 방지할 수 있는 금속 절삭유제의 조성물을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 석유계 광물유 50~70중량%, 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르(3~6몰) 5~10중량%, 분자량 400~600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 5~10중량%, 함량 42%의 클로로 파라핀(Chlorparaffin) 10~20중량%, 슬폴 465(Sulfol) 5~10중량%, 글루코산 소다 1~5중량%, 이온교환수 2~7중량%의 첨가제로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서는 본 발명의 내부패성 금속 절삭유제의 조성물을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명에서는 각종 금속 가공업체의 생산 공정 시 현장생산설비나 작업 조건에 따라 금속 절삭유제의 조성물에 대한 요구사항이 다변화됨으로 여러가지 요구성능을 갖출 수 있는 혼합기술(Blending)에 의해 각 성분들을 배합시켜 각종 화학물질들이 그 특성을 최대한 발휘될 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명에서 사용하고 있는 석유계 광물류로는 철 및 비철금속의 절삭공정(Cutting) 및 연삭공정(Winding)의 작업시에 피삭제와 공구 사이에 윤활성을 높혀 마찰저항을 감소시켜서 가공작업을 용이하게 하기 위하여 사용되며, 동점도가 40℃에서 8cst 내지 31cst를 갖는 광물유를 50 내지 70중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 이때 동점도가 8cst 미만인 경우에는 윤활성이 다소 불충분하고, 31cst를 초과하는 고점도를 갖는 경우에는 점도 과다로 인한 오염의 위험과 침투성 부족에 의한 윤활성 부족으로 작업성이 저하될 소지가 있다.
상기 폴리옥시에틸렌 알킬에테르(3~6몰)는 금속 절삭유제의 유화성, 습윤성, 침투성을 향상시켜 세정성을 개선할 목적으로 사용되며, 5~10중량% 사용하는 것이 바람직하다. 이때 5중량% 미만을 사용할 경우에는 유화성, 습윤성, 침투성이 약화되어서 세정성을 저하시킬 우려가 있고, 10중량%를 초과해서 사용할 경우에는 기포 발생을 촉진시켜 작업성의 저하 및 작업환경을 더럽힘으로 주의해야 한다. 또한 폴리옥시에틸렌 알킬에테르는 3 내지 6몰의 몰수를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 내부패성 금속 절삭유제(Metal working fluids)는 유화액의 화학적인 구조를 하기의 화학식 1에서 나타내었다.

본 발명에 있어서, 분자량 400~600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 5~10중량%는 제품의 윤활성과 피막유지를 위하여 사용되며, 함량 42%의 클로로 파라핀(Chlorparaffin) 10~20중량%와 슬폴 465(Sulfol 465) 5~10중량%는 각각 염소계와 황계 극압제로서 제품의 극압성을 유지시켜 작업성의 향상에 도움을 준다. 하지만 과량 투입될 경우 제품 가격의 상승과 부패를 촉진시킴으로 적당량 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 글루콘산 소다 1~5중량%는 내부패성 금속 절삭유제의 조성물에서 핵심 기술로 수용화 했을 때 제품의 부패를 억제함으로 장기간 사용이 가능하게 하며, 환경에 미치는 영향도 다른 방부제를 사용하는 것 보다 매우 적게 나타났다. 다만, 1중량% 미만을 사용하면 내부패성이 저하되고, 5중량%이상을 사용하면 가공된 금속표면이 건조된 후 하얀색의 가루가 남아 더러워질 수 있음으로 많이 사용하지 않는 것이 좋다.
위에서 언급한 각 성분들은 내부패성 금속 절삭유제의 사용시 현장설비나 가공 재질에 따라 선택적으로 첨가되어 제품을 구성하는바, 이러한 내부패성 금속 절삭유제는 유화액으로 사용하며, 물에 대하여 10~30중량% 사용하는 것이 적당하다.
따라서 농도관리는 절삭유로서의 성능 및 작업성뿐만 아니라 경제성에서도 영향을 미침으로 추천된 농도 범위에서 작업해야 한다. 10중량% 이하를 사용하는 경우 윤활성능, 방청성능이 저하되고 부패가 발생 될 우려가 있다. 심한 부패는 악취 발생 및 작업환경이 나빠지고, 특히 Tool 과 Coolant의 수명을 단축시킨다.
또한 30중량% 이상을 사용하는 경우 거품이 심하게 발생할 수 있고, 피부장해 등의 원인이 되며, 경제적인 관점에서도 바람직하지 못하다.
그럼으로, 절삭유의 적정농도 유지는 액의 장기 사용 및 우수한 가공 효과를 얻는데 기본적인 사항이다.
끝으로, 본 발명에 사용되는 기타 첨가제는 기포 발생을 억제하는 실리콘계열의 소포제 0.1~0.5중량%, 원액의 pH가 9 이하가 되면 액의 부패와 변색이 촉진될 우려가 있음으로 2중량% 이하의 수산화 칼륨(48.5% KOH), 원액의 점도를 조절하기 위하여 이온교환수 2~7중량% 등으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바. 상기 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
{실시예 1}
하기의 표 1에 기재된 성분과 함량으로 제조된 내부패성 금속 절삭유제의 조성물을 물에 대해 20중량% 사용하여 그 성능 및 효과를 시험하였다.
실시예 1에 의한 조성물은 윤활성, 극압성, 세정성, 방청성은 성능이 뛰어나 1차적으로는 냉각과 윤활을 부여함으로서 온도 생성을 조절한다. 2차적으로는 금속 찌꺼기와 먼지의 제거(세정작용), 기계 부분의 윤활(응력 분산작용, 밀봉작용), 기계 공구의 노출된 금속 부분의 부식방지(방청작용), 극압성 유지 등의 효과로 금속 절삭유제 조성물의 본래 사용 목적인 생산성 향상, 공구수명연장, 정밀도유지, 소비동력절감, 가공면 조도 향상, 장비의 수명연장에 뛰어남을 알 수 있었다. 특히. 내부패성에 있어서 탁월한 효과가 있었다.

조성물	함량 (단위: 중량%)
동점도 40℃ 8cSt 광물유(한국, 쌍용정유(주), P-8)	35
동점도 40℃ 31cSt 광물유(한국, 쌍용정유(주), P-31)	35
폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 3몰 (한국, (주) 한농화성, NP-3)	7
분자량 400 ~ 600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 (한국, (주) 한농화성, OA-9)	10
함량 42%의 클로로 파라핀(Chlorparaffin) (영국, ICI, CERECLOR S45)	13
슬폴 465(일본, MORESCO, Sulfol 465)	10
글루콘산 소다 (일본, FUSO CHEM, E 576)	1
이온교환수	7
수산화 칼륨(한국, (주)유니드, 48.5% KOH)	2

{실시예 2}
상기 실시예 1에서 하기의 표 2에 기재된 성분과 함량으로 변경시킨 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

조성물	함량 (단위: 중량%)
동점도 40℃ 8cSt 광물유(한국, 쌍용정유(주), P-8)	70
폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 3몰 (한국, (주) 한농화성, NP-3)	7
분자량 400 ~ 600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 (한국, (주) 한농화성, OA-9)	10
함량 42%의 클로로 파라핀(Chlorparaffin) (영국, ICI, CERECLOR S45)	13
슬폴 465(일본, MORESCO, Sulfol 465)	10
글루콘산 소다 (일본, FUSO CHEM, E 576)	1
이온교환수	7
수산화 칼륨(한국, (주)유니드, 48.5% KOH)	2

{실시예 3}
상기 실시예 1에서 하기의 표 3에 기재된 성분과 함량으로 변경시킨 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

조성물	함량 (단위: 중량%)
동점도 40℃ 31cSt 광물유(한국, 쌍용정유(주), P-20)	70
폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 3몰 (한국, (주) 한농화성, NP-3)	7
분자량 400 ~ 600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 (한국, (주) 한농화성, OA-9)	10
함량 42%의 클로로 파라핀(Chlorparaffin) (영국, ICI, CERECLOR S45)	13
슬폴 465(일본, MORESCO, Sulfol 465)	10
글루콘산 소다 (일본, FUSO CHEM, E 576)	1
이온교환수	7
수산화 칼륨(한국, (주)유니드, 48.5% KOH)	2

{실시예 4}
상기 실시예 1에서 하기의 표 4에 기재된 성분과 함량으로 변경시킨 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

{실시예 5}
상기 실시예 1에서 하기의 표 5에 기재된 성분과 함량으로 변경시킨 것을 제외하고는 전술한 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

조성물	함량 (단위: 중량%)
동점도 40℃ 8cSt 광물유(한국, 쌍용정유(주), P-8)	35
동점도 40℃ 31cSt 광물유(한국, 쌍용정유(주), P-20)	35
폴리옥시에틸렌 알킬 에테르 3몰 (한국, (주) 한농화성, NP-3)	7
분자량 400 ~ 600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 (한국, (주) 한농화성, OA-9)	10
함량 42%의 클로로 파라핀(Chlorparaffin) (영국, ICI, CERECLOR S45)	13
슬폴 465(일본, MORESCO, Sulfol 465)	10
글루콘산 소다 (일본, FUSO CHEM, E 576)	1
이온교환수	7
수산화 칼륨(한국, (주)유니드, 48.5% KOH)	2

전술한 실시예 1 내지 5에 따른 유제에 대해 외관, pH, 총경도, 표면장력, 유분함량, 박테리아(Bacteria)수, 금속마찰시험(Four ball test) 시험을 하여 하기 의 표 6에 나타내었고 그 측정 방법은 다음과 같다.
(1) 외관
수용성 절삭유는 각 용도의 Coolant마다 독특한 외관 및 냄새를 갖게 되는데 이러한 외관 및 냄새의 변화에 따라 현장에서 부패 및 노화정도를 간접적으로 판단 할 수 있다. 즉, Coolant의 부패시에는 작업자나 주위의 사람들이 별다른 이상한 냄새를 느낄 수 없으나 부패의 정도가 심할수록 악취 발생이 심하게 된다. 또한 초기의 우유와 같이 하얗던 색이 부패의 정도와 기계 작동유 및 기타 이물질 함유 정도에 따라 짙은 누런 색으로 변화하게 되며, Emulsion Size가 불규칙하게 커져서 육안으로도 탁도가 상승한 것을 알 수 있다. 일반적으로 외관은 Milky한 정도에 관계없이(Emulsion Size와 관계) 탁하지 않고 맑게 보일수록 Emulsion Size가 일정하고 Emulsion이 안정한 것이다.
(2) pH
수용성 Coolant의 Bacteria 번식에 의한 부패는 필수적으로 수반되며, 이로 인하여 수용성 Coolant의 수명은 단축되게 된다. Bacteria는 Coolant에 번식하여 광유나 계면활성제를 먹이로 하고 산성물질을 배설하게 되며 점차적으로 pH의 변화를 일으켜 pH를 하락시키고 pH를 중성 및 산성으로 변화시키게 된다. 이러한 현상은 pH paper, pH meter를 통하여 직접 check 할 수 있으며 그 상황에서의 부패의 정도를 알 수 있게 된다.
수용성 절삭유의 적정 pH는 8.0~9.0 정도로서 pH 가 9.5~10 이상일 경우 장비부식 피부병 유발 등의 문제를 야기할 수 있는 바, Coolant 의 pH는 너무 높지 않는 것이 좋다.
O : 8.5 ~ 9.5 이하
X : 8.5 이하 또는 9.5 이상
(3) 총경도
총경도는 수용성 절삭유를 사용함에 있어서 상당히 중요한 요소이다.
총경도란 soap와 반응하여 거품을 일으킬 수 있는 물에 용해된 무기염(Ca²⁺, Mg²⁺)의 양을 측정한 것인데 물속에 포함된 양이 200~300ppm일때 일반적으로 경수라 한다.
총경도가 높으면 절삭유와 반응하여 Emulsion의 안정성을 약화시켜 Emulsion의 분리 현상을 유발하게 된다. 본래 수질이 좋은 물(연수)에 희석한 절삭유라 할 지라도 작업은 계속하게 됨에 따라 수분증발, 유온상승, 절삭유 보충등 여러 요인에 의해 무기염이 증가하게 되어 총경도는 높아지게 된다.
이렇게 총경도가 높아진 상태에서 작업을 계속하게 되면 Emulsion의 분리가 촉진되어 실제 농도의 하락, 조기 부패의 원인이 된다.
O : 100ppm 이하
△ : 표면장력 100 ~ 300ppm
X : 표면장력 300ppm 이상
(4) 표면장력
수용성 절삭유의 표면장력은 30~35 dyne/cm 사이에서 최적으로 되어 있으며, 표면장력이 높아질수록 Coolant의 습윤성이 나빠져서 젖음성, 윤활성, Chip 분리성, 장비 세척성이 저하된다.
O : 표면장력 30 ~ 35 dyne/cm 사이
△ : 표면장력 30 ~40 dyne/cm 사이
X : 표면장력 40 dyne/cm 이상
(5) 박테리아 및 곰팡이 수(Bacteria ＆ Fungi NO)
부패는 미생물(Bacteria, Fungi)의 증식에 의해 발생한다.
미생물은 토양, 공업용수, 인체 등의 환경에 널리 분포되며, 특히 기름을 교체할 시에 Tank, 배관 등에 잔류한 사용액이 최대 요인이 된다.
미생물 증식의 촉진 요인은
- 온도
- 수질
- pH
- 혼입되는 Tramp Oil 과 Chip 이다.
수용성 절삭유의 부패에 관여하는 Bacteria가 번식하기 쉬운 온도는 사람의 체온과 거의 같으며, 특히 하절기에 있어서 사용액은 Bacteria의 번식에 적합한 온도가 된다.
평가기준
O : 박테리아 및 곰팡이 수 2개 이하
△ : 박테리아 및 곰팡이 수 3 - 4개
X : 박테리아 및 곰팡이 수 5개 이상
(6) 금속 마찰시험(Four ball test)
직경 800mm인 유압실린더에 쇠구슬(Ball) 3개를 넣고 시료 30중량% 유화액 70cc를 넣은 후 내하중 시험기에 넣고 1500rpm의 속도로 회전시켜 쇠구슬이 마모될 때 압력을 측정한다.
평가기준
O : 극압성 4Kg/cm₂ 이상
△ : 극압성 3 내지 4Kg/cm₂
X : 극압성 3Kg/cm₂ 이하

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5
외관	황갈색 투명	황길색 투명	황갈색 투명	황갈색 투명	황갈색 투명
pH	○	○	○	○
총경도	○	○	○	○
표면장력	○	○	○	○
박테리아 및 곰팡이 수	○	○	○	○
금속 마찰시험	○	○	○	○

상기 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 조성물은 pH, 총격도, 표면장력, 박테리아 및 곰팡이 수, 금속 마찰 시험에 대하여 우수한 물성치를 나타내었다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 친환경적인 천연 방부제를 사용하여 생물과 환경에 영향을 적게주는 친환경적이고, 특히 절삭유제의 부패를 방지할 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라 생분해가 되지않고 환경오염 및 인체에 악영향을 미치는 포름알데히드를 사용하지 않고, 친환경적인 원료를 사용하여 절삭유제가 부패되는 것을 방지할 수 있는 상승적인 효과가 있다.

Claims

금속 절삭유의 조성물에 있어서,

동점도가 40℃에서 8cst 내지 31cst를 갖는 광물유를 50 내지 70중량%, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르(3~6몰) 5~10중량%, 분자량 400~600의 폴리에틸렌 글리콜 모노 올레이트 5~10중량%, 함량 42%의 클로로 파라핀 10~20중량%, 슬폴 465 5~10중량%, 2중량% 이하의 수산화 칼륨, 이온교환수 2~7중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 내부패성 금속 절삭유제의 조성물.
제1항에 있어서,

글루콘산 소다 1~5중량%, 실리콘계열의 소포제 0.1~0.5중량%의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내부패성 금속 절삭유제의 조성물.