KR100891611B1 - 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물 - Google Patents

극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물은, 에스테르 및 황 화합물 및/또는 인 화합물을 함유하는 것이며, 극미량 유제 공급방식에 의한 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서, 가공효율의 향상, 공구수명의 향상 및 취급성의 향상을 가능하게 하는 것이다.
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극미량 유제, 절삭 가공, 연삭 가공, 황 화합물, 인 화합물

Description

극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물{Oil composition for cutting and grinding by ultra low volume oil feed system}
기술분야
본 발명은 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물에 관한 것이며, 상세하게는, 극미량의 유제를 압축 유체와 함께 가공 부위에 공급하면서 피가공 부재를 절삭 및 연삭 가공하는 절삭 및 연삭방법에 사용되는 유제 조성물에 관한 것이다.
배경기술
절삭 및 연삭 가공에 있어서는, 가공에 사용되는 드릴, 엔드밀, 바이트, 지석(砥石) 등의 공구의 수명 연장이나 피가공물의 표면 조도 향상 및 이에 의한 가공능률의 향상과 같은 기계 가공에 있어서의 생산성 향상을 목적으로 하여, 통상적으로 절삭 및 연삭 가공용 유제가 사용되고 있다.
절삭 및 연삭 가공용 유제는, 계면활성제 및 윤활성분을 물에 희석하여 사용하는 수용성 절삭 및 연삭 가공용 유제와 광물유를 주성분으로 하여 원액 그대로 사용하는 수불용성 절삭 및 연삭 가공용 유제의 2종류로 대별된다. 그리고 종래의 절삭 및 연삭 가공에 있어서는, 어떠한 유제를 사용하는 경우에도 비교적 대량의 절삭 및 연삭 유제가 가공 부위에 공급된다.
절삭 및 연삭 가공용 유제의 가장 기본적이고 중요한 기능으로서는 윤활작용과 냉각작용을 들 수 있다. 일반적으로, 수불용성 절삭 및 연삭 가공용 유제는 윤활 성능이 우수하며, 수용성 절삭 및 연삭 가공용 유제는 냉각성능이 우수하다. 수불용성 유제의 냉각효과는 수용성 유제와 비교하면 떨어지기 때문에, 통상적으로 1분 동안에 수 리터에서, 경우에 따라서는 수십 리터의 대량 수불용성 절삭 및 연삭 유제가 필요하게 된다.
가공능률의 향상에 유효한 절삭 및 연삭 유제도 다른 측면에서 보면 바람직하지 못한 점이 있으며, 이의 대표적인 문제점으로서 환경에 대한 영향을 들 수 있다. 수불용성, 수용성에 관계없이 유제는 사용 중에 서서히 열화(劣化)되어 결국에는 사용불능 상태가 된다. 예를 들면, 수용성 유제의 경우에는 미생물의 발생에 의해서 액의 안정성이 저하되어 성분의 분리가 발생하거나, 위생환경을 현저히 저하시켜 이의 사용이 불가능해진다. 또한, 수불용성 유제의 경우에는 산화의 진행에 의해서 생기는 산성 성분이 금속 재료를 부식시키거나, 점도의 현저한 변화가 발생하여 이의 사용이 불가능해진다. 또한, 유제가 절삭 찌꺼기 등에 부착되어 소비되기도 하여 폐기물로 된다.
이러한 경우에는 열화된 유제를 폐기하고 새로운 유제가 사용된다. 이 때 폐기물로서 배출되는 유제는 환경에 영향을 미치지 않도록 여러 가지 처리가 필요하게 된다. 예를 들면, 작업능률 향상을 우선시하여 개발되어 온 절삭 및 연삭 유제에는, 소각 처리시에 유독성의 다이옥신을 발생시킬 가능성이 있는 염소계 화합물이 많이 사용되고 있으며, 이러한 화합물의 제거 처리 등이 필요하게 된다. 이로 인해, 염소계 화합물을 포함하지 않는 절삭 및 연삭 유제도 개발되고 있으나, 가령 이러한 유해한 성분을 포함하지 않는 절삭 및 연삭 유제라도 폐기물의 대량 배출에 따른 환경에 대한 영향이라는 문제가 있다. 또한, 수용성 유제의 경우에는 환경 수역을 오염시킬 가능성이 있기 때문에, 높은 비용을 들여 고도의 처리를 실시할 필요가 있다.
상기와 같은 문제점에 대처하기 위해서 최근에는 절삭 및 연삭 개소에 냉풍을 쐬어 냉각시킴으로써 절삭 및 연삭 유제를 대용하는 검토가 이루어지고 있지만, 이 경우에는, 절삭 및 연삭 유제에 요구되고 있는 윤활성이라는 하나의 성능은 수득할 수 없다.
이러한 배경하에, 통상의 절삭 및 연삭 가공에 있어서의 유제의 사용량과 비교하여 1/100,000 내지 1/1,000,000 정도의 극미량의 유제를 압축 유체(예를 들면, 압축 공기)와 함께 가공물에 공급하면서 절삭 및 연삭을 실시하는 극미량 유제 공급방식 절삭 및 연삭 가공방법이 개발되고 있다. 이러한 시스템에서는 압축 공기에 의한 냉각효과가 수득되고, 또한 극미량의 유제를 사용하기 때문에 폐기물량을 절감할 수 있으며, 따라서 폐기물의 대량배출에 따른 환경에 대한 영향도 개선할 수 있다.
발명의 개시
그런데, 극미량 유제 공급방식을 이용하는 절삭 및 연삭 가공에 있어서는, 유제의 공급량이 극미량이더라도 양호한 표면 가공물을 수득할 수 있고, 또한 공구 등의 마모도 적고, 절삭 및 연삭을 효율적으로 실시할 수 있는 것이 바람직하고, 따라서 절삭 및 연삭 가공 유제에는 보다 높은 성능이 요구된다. 또한, 폐기물 처리나 작업환경의 관점에서, 생분해성이 우수한 유제인 것이 바람직하다.
또한, 극미량 유제 공급방식에서는, 유제는 오일 분무하여 공급되기 때문에, 안정성이 나쁜 유제를 사용한 경우, 공작기계 내부, 워크, 공구, 분무 콜렉터 내부 등에 부착되어 점착 현상의 원인이 되며, 취급성에 있어서 지장을 초래하여 작업능률이 저하된다. 이로 인해, 극미량 유제 공급방식에 사용하는 유제의 개발에서는 유제는 잘 끈적이지 않는 것이 바람직하다.
그러나, 종래의 절삭 및 연삭 가공용 유제를 그대로 극미량 유제 공급방식에 사용해도, 상기의 요구성능 모두를 균형적으로 만족시키는 것은 대단히 어려우며, 우수한 특성을 갖는 신규 절삭 및 연삭 가공용 유제의 개발이 요망되고 있다.
본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 이루어진 것이며, 극미량 유제 공급방식에 의한 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서, 가공효율의 향상, 공구수명의 향상 및 취급성의 향상을 가능하게 하는 윤활 유제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과, 에스테르 및 황 화합물을 함유하는 유제 조성물이 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물로서의 특성이 우수하다는 것을 밝혀내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물은, 에 스테르 및 황 화합물 및/또는 인 화합물을 함유하는 것이다.
본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공 유제 조성물은, 디하이드로카빌폴리설파이드, 황화 에스테르, 황화 광유, 디티오인산아연 화합물, 디티오카밤산아연 화합물, 디티오인산몰리브덴 화합물 및 디티오카밤산몰리브덴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 황 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공 유제 조성물은, 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르의 아민염, 염소화 인산 에스테르, 아인산 에스테르 및 포스포로티오에이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 인 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서 적합하게 사용되는 공작기계의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 2는 실시예에서의 접동면용 유제로서의 특성 평가시험에 사용된 장치를 도시하는 설명도이다.
발명을 실시하기 위한 최상의 형태
이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물은, 에스테르 및 황 화합물 및/또는 인 화합물을 함유함을 특징으로 하는 것이다.
여기서, 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공이란, 통상의 절삭 및 연삭 가공에 있어서의 유제의 사용량에 비해 1/100,000 내지 1/1,000,000 정도의 극미량의 유제를 압축 유체와 함께 절삭 및 연삭 개소에 공급하면서 실시하는 절삭 및 연삭 가공을 말한다. 보다 구체적으로는, 극미량 유제 공급방식이란, 통상 최대 1ml/분 이하의 미량의 유제를 압축 유체(예를 들면, 압축 공기)와 함께 절삭 및 연삭 부위로 공급하는 방식을 말한다. 또한, 압축 공기 이외에 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 물 등의 압축 유체를 단독으로 사용하거나, 또는 이들의 유체를 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공에 있어서의 압축 유체의 압력은, 유제가 비산하여 대기를 오염시키지 않는 압력, 및 유제와 기체 또는 액체와의 혼합유체가 절삭 및 연삭 가공점에 충분히 도달할 수 있는 압력으로 조절된다. 또한, 압축 유체의 온도는 냉각성의 관점에서, 통상 실온(25℃ 정도) 또는 실온에서 -50℃로 조절된다.
본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물(이하, 단순히「본 발명의 유제 조성물」이라고 한다)에 함유되는 에스테르는, 천연물(통상은 동식물 등의 천연 유지에 포함되는 것) 또는 합성물일 수 있다. 본 발명에서는, 수득되는 유제 조성물의 안정성이나 에스테르 성분의 균일성 등의 관점에서 합성 에스테르인 것이 바람직하다.
에스테르를 구성하는 알콜은 1가 알콜 또는 다가 알콜일 수 있으며, 또한, 에스테르를 구성하는 산은 1염기산 또는 다염기산일 수 있다.
1가 알콜로서는, 통상 탄소수 1 내지 24, 바람직하게는 1 내지 12, 보다 바람직하게는 1 내지 8의 1가 알콜이 사용되고, 이러한 알콜은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화된 것일 수 있다. 탄소수 1 내지 24의 알콜로서는, 구체적으로 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 프로판올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 부탄올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 펜탄올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥산올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵탄올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥탄올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노난올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 운데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 도데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 펜타데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥사데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵타데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥타데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노나데칸올, 직쇄상 또는 분지쇄상의 에이코사놀, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헨에이코사놀, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리코사놀, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라코사놀 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
다가 알콜로서는, 통상 2가 내지 10가, 바람직하게는 2가 내지 6가의 다가 알콜이 사용된다. 2가 내지 10가의 다가 알콜로서는, 구체적으로 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜(에틸렌 글리콜의 3 내지 15량체), 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜(프로필렌 글리콜의 3 내지 15량체), 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-메틸-1,2-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,2-펜탄디올, 1,3-펜탄디올, 1,4-펜탄디올, 1,5-펜탄디올, 네오펜틸 글리콜 등의 2가 알콜, 글리세린, 폴리글리세린(글리세린의 2 내지 8량체, 예를 들면, 디글리세린, 트리글리세린, 테트라글리세린 등), 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄 등) 및 이들의 2 내지 8량체, 펜타에리트리톨 및 이들의 2 내지 4량체, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 솔비톨, 솔비탄, 솔비톨 글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 크실리톨, 만니톨 등의 다가 알콜, 크실로스, 아라비노스, 리보스, 람노스, 글루코스, 프룩토스, 갈락토스, 만노스, 소르보스, 셀로비오스, 말토스, 이소말토스, 트레할로스, 수크로스 등의 당류 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
이러한 다가 알콜 중에서도, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜(에틸렌 글리콜의 3 내지 10량체), 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜(프로필렌 글리콜의 3 내지 10량체), 1,3-프로판디올, 2-메틸-1,2-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄 등) 및 이들의 2 내지 4량체, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 솔비톨, 솔비탄, 솔비톨 글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 크실리톨, 만니톨 등의 2 내지 6가의 다가 알콜 및 이들의 혼합물 등이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 솔비탄 및 이들의 혼합물 등이다. 이 중에서도, 보다 높은 산화 안정성이 수득되는 점에서, 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 이들의 혼합물 등이 가장 바람직하다.
본 발명의 에스테르를 구성하는 알콜은, 상기한 바와 같이 1가 알콜 또는 다가 알콜일 수 있지만, 절삭 및 연삭 가공에 있어서 보다 우수한 윤활성이 수득되고, 가공물의 마무리면 정밀도의 향상과 공구 날끝의 마모방지 효과가 보다 커지는, 유동점이 낮은 것이 보다 수득되기 쉬우며, 동계 및 한랭지에서의 취급성이 보다 향상되는 등의 점에서 다가 알콜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르는 에스테르를 구성하는 산 중, 1염기산으로서는, 통상 탄소수 2 내지 24의 지방산이 사용되고, 이러한 지방산은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화된 것일 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 아세트산, 프로피온산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 부탄산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 펜탄산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥산산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵탄산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥탄산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노난산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 운데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 도데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 펜타데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥사데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵타데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥타데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 하이드록시옥타데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노나데칸산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 에이코산산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헨에이코산산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 도코산산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리코산산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라코산산 등의 포화 지방산, 아크릴산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 부텐산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 펜텐산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵텐산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥텐산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노넨산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 운데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 도데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 펜타데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥사데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵타데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥타데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 하이드록시옥타데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노나데센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 에이코센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헨에이코센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 도코센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리코센산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라코센산 등의 불포화 지방산 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이 중에서도, 절삭 및 연삭 가공에 있어서 보다 우수한 윤활성이 수득되고, 가공물의 마무리면 정밀도의 향상과 공구 날끝의 마모방지 효과를 보다 크게 할 수 있는 등의 점에서 특히 탄소수 3 내지 20의 포화 지방산, 탄소수 3 내지 22의 불포화 지방산 및 이들의 혼합물이 바람직하며, 탄소수 4 내지 18의 포화 지방산, 탄소수 4 내지 18의 불포화 지방산 및 이들의 혼합물이 보다 바람직하고, 탄소수 4 내지 18의 불포화 지방산이 더욱 바람직하며, 점착방지성의 관점에서는 탄소수 4 내지 18의 포화 지방산이 더욱 바람직하다.
다염기산으로서는 탄소수 2 내지 16의 2염기산 및 트리멜리트산 등을 들 수 있다. 탄소수 2 내지 16의 2염기산은, 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화된 것일 수 있다. 구체적으로 예를 들면, 에탄2산, 프로판2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 부탄2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 펜탄2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥산2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵탄2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥탄2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노난2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 데칸2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 운데칸2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 도데칸2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리데칸2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라데칸2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵타데칸2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥사데칸2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥센2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵텐2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 옥텐2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 노넨2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 데센2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 운데센2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 도데센2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 트리데센2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 테트라데센2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헵타데센2산, 직쇄상 또는 분지쇄상의 헥사데센2산 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
본 발명의 에스테르를 구성하는 산으로서는, 상술한 바와 같이 1염기산 또는 다염기산일 수 있지만, 1염기산을 사용하면, 점도지수의 향상, 분무성 및 점착방지성 향상에 기여하는 에스테르가 수득되기 쉬워지기 때문에 바람직하다.
본 발명의 에스테르를 형성하는 알콜과 산의 조합은 임의적이며, 특별히 제한되지 않지만, 본 발명에서 사용 가능한 에스테르로서는, 예를 들면, 하기의 에스테르를 들 수 있다.
① 1가 알콜과 1염기산과의 에스테르
② 다가 알콜과 1염기산과의 에스테르
③ 1가 알콜과 다염기산과의 에스테르
④ 다가 알콜과 다염기산과의 에스테르
⑤ 1가 알콜, 다가 알콜과의 혼합물과 다염기산과의 혼합 에스테르
⑥ 다가 알콜과 1염기산, 다염기산과의 혼합물과의 혼합 에스테르
⑦ 1가 알콜, 다가 알콜과의 혼합물과 1염기산, 다염기산과의 혼합 에스테르
이들 중에서도, 절삭 및 연삭 가공에 있어서 보다 우수한 윤활성이 수득되고, 가공물의 마무리면 정밀도의 향상과 공구 날끝의 마모방지 효과가 보다 커지며, 유동점이 낮은 것이 보다 수득되기 쉽고, 동계 및 한랭지에서의 취급성이 보다 향상되는, 점도지수가 높은 것이 보다 수득되기 쉬우며, 분무성이 보다 양호해지는 등의 점에서 ② 다가 알콜과 1염기산과의 에스테르인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 천연물 유래의 에스테르로서는, 팜유, 팜핵유, 채종유(菜種油), 대두유, 해바라기유, 및 품종개량이나 유전자 재조합 조작 등에 의해 글리세라이드를 구성하는 지방산에서 올레산의 함유량을 증가시킨 고올레산 채종유, 고올레산 해바라기유 등의 식물유, 라드 등의 동물유 등의 천연유지를 들 수 있다.
본 발명에 있어서, 알콜 성분으로서 다가 알콜을 사용한 경우에 수득되는 에스테르는, 다가 알콜 중의 하이드록실 그룹 전체가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있으며, 하이드록실 그룹의 일부가 에스테르화되지 않고 하이드록실 그룹 그대로 잔존하는 부분 에스테르일 수 있다. 또한, 산 성분으로서 다염기산을 사용한 경우에 수득되는 유기산 에스테르는, 다염기산 중의 카복실 그룹 전체가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있으며, 또는 카복실 그룹의 일부가 에스테르화되지 않고 카복실 그룹 그대로 남아 있는 부분 에스테르일 수 있다.
본 발명에 따르는 에스테르의 요오드가는, 바람직하게는 O 내지 80, 더욱 바람직하게는 0 내지 60, 더욱 바람직하게는 0 내지 40, 더욱 바람직하게는 0 내지 20, 가장 바람직하게는 0 내지 10이다. 또한, 본 발명에 따르는 에스테르의 브롬가는, 바람직하게는 O 내지 50gBr2/100g, 더욱 바람직하게는 O 내지 30gBr2/100g, 더욱 바람직하게는 O 내지 20gBr2/100g, 가장 바람직하게는 O 내지 10gBr2/100g이다. 에스테르의 요오드가나 브롬가가 각각 상기 범위내이면, 수득되는 유제 조성물의 점착방지성이 보다 높아지는 경향이 있다.
또한, 여기서 말하는 요오드가란, JIS K 0070「화학제품의 산가, 검화가, 에스테르가, 요오드가, 하이드록실 그룹가 및 불검화가의 측정방법」의 지시약 적정법에 의해 측정한 값을 말한다. 또한 브롬가란, JIS K 2605「화학제품-브롬가 시험방법-전기 적정법」에 의해 측정한 값을 말한다.
또한, 본 발명의 유제 조성물에 더욱 양호한 윤활 성능을 부여하기 위해서는, 에스테르의 하이드록실 그룹가가 0.01 내지 300mgKOH/g이고, 검화가가 100 내지 500mgKOH/g인 것이 바람직하다. 본 발명에서 더욱 높은 윤활성을 수득하기 위한 에스테르의 하이드록실 그룹가의 상한치는, 보다 바람직하게는 200mgKOH/g이고, 가장 바람직하게는 150mgKOH/g이며, 한편 이의 하한치는, 보다 바람직하게는 0.1mgKOH/g이고, 더욱 바람직하게는 0.5mgKOH/g이며, 더욱 바람직하게는 1mgKOH/g이고, 더욱 보다 바람직하게는 3mgKOH/g이며, 가장 바람직하게는 5mgKOH/g이다. 또한, 에스테르의 검화가의 상한치는 더욱 바람직하게는 400mgKOH/g이고, 한편 이의 하한치는 더욱 바람직하게는 200mgKOH/g이다.
또한, 여기서 말하는 하이드록실 그룹가란, JIS K 0070「화학제품의 산가, 검화가, 에스테르가, 요오드가, 하이드록실 그룹가 및 불검화가물의 측정방법」의 지시약 적정법에 의해 측정한 값을 말한다. 또한 검화가란, JIS K 2503「항공 윤활유 시험방법」의 지시약 적정법에 의해 측정한 값을 말한다.
본 발명에 따르는 에스테르의 동적 점성도에 관해서는 특별히 제한은 없지만, 가공 부위로의 공급 용이성의 관점에서, 40℃에서의 동적 점성도의 상한치는, 바람직하게는 200㎟/s이고, 더욱 바람직하게는 100㎟/s이며, 더욱 바람직하게는 75㎟/s이고, 가장 바람직하게는 50㎟/s 이다. 한편, 이의 하한치는, 바람직하게는 1㎟/s이고, 더욱 바람직하게는 3㎟/s이며, 가장 바람직하게는 5㎟/s이다.
본 발명에 따르는 에스테르의 유동점 및 점도지수에는 특별히 제한은 없지만, 유동점은 -10℃ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 -20℃ 이하이다. 점도지수는 100 이상 200 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 상기 에스테르에 황 화합물 및/또는 인 화합물이 배합된다.
또한, 종래의 에스테르를 기재유로 하는 윤활 유제에 있어서는, 황 화합물이나 인 화합물은 이의 배합량이 소정량 이상이 아니면 첨가효과를 기대할 수 없다고 생각되며, 한편 절삭 및 연삭 가공용 유제로서는, 황 화합물이나 인 화합물이 다량으로 포함되어 있는 경우, 공구수명을 현저히 저하시킨다고 생각되기 때문에, 에스테르를 기재유로 하는 절삭 및 연삭 가공용 유제에는 황 화합물이나 인 화합물을 첨가할 수 없는 것으로 생각되고 있었다.
그러나, 이러한 종래의 일반적인 사고방식에 반하여, 본 발명의 유제에 있어서는, 에스테르에 황 화합물 또는 인 화합물을 배합하더라도 공구수명의 저하가 작고, 또한 이의 절삭 성능 및 마찰 특성을 보다 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 따르는 황 화합물로서는, 절삭 및 연삭 가공용 유제로서의 특성을 손상시키지 않는 한 특별히 제한되지 않지만, 디하이드로카빌폴리설파이드, 황화 에스테르, 황화 광유, 디티오인산아연 화합물, 디티오카밤산아연 화합물, 디티오인산몰리브덴 화합물 및 디티오카밤산몰리브덴이 바람직하게 사용된다.
디하이드로카빌폴리설파이드란, 일반적으로 폴리설파이드 또는 황화 올레핀이라고 불리는 황계 화합물이며, 구체적으로는 화학식 1의 화합물을 의미한다.
R10-Sx-R11
위의 화학식 1에서,
R10 및 R11은 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 탄소수 3 내지 20의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬 그룹, 탄소수 6 내지 20의 아릴 그룹, 탄소수 6 내지 20의 알킬아릴 그룹 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴알킬 그룹이며,
x는 2 내지 6, 바람직하게는 2 내지 5의 정수이다.
상기 화학식 1 중의 R10 및 R11로서는, 구체적으로는, n-프로필 그룹, 이소프로필 그룹, n-부틸 그룹, 이소부틸 그룹, 2급-부틸 그룹, 3급-부틸 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 펜틸 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 헥실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 헵틸 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 옥틸 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 노닐 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 운데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 도데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 트리데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 테트라데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 펜타데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 헥사데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 헵타데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 옥타데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 노나데실 그룹, 직쇄 또는 분지쇄 에이코실 그룹 등의 직쇄상 또는 분지쇄상의 알킬 그룹, 페닐 그룹, 나프틸 그룹 등의 아릴 그룹, 톨릴 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 프로필페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 부틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 펜틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄의 헥실페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 헵틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 옥틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 노닐페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 데실페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 운데실페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 도데실페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 크실릴 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸메틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 디에틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)프로필페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)부틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 메틸나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 프로필나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 부틸나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 디메틸나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸메틸나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 디에틸나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)프로필나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)부틸나프틸 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다) 등의 알킬아릴 그룹, 벤질 그룹, 페닐에틸 그룹(모든 이성체를 포함한다), 페닐프로필 그룹(모든 이성체를 포함한다) 등의 아릴알킬 그룹 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 화학식 6의 R9 및 R10으로서는, 프로필렌, 1-부텐 또는 이소부틸렌으로부터 유도된 탄소수 3 내지 18의 알킬 그룹, 또는 탄소수 6 내지 8의 아릴 그룹, 알킬아릴 그룹 또는 아릴알킬 그룹인 것이 바람직하고, 이들 그룹으로서는, 예를 들면, 이소프로필 그룹, 프로필렌 2량체로부터 유도되는 분지쇄상 헥실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 3량체로부터 유도되는 분지쇄상 노닐 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 4량체로부터 유도되는 분지쇄상 도데실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 5량체로부터 유도되는 분지쇄상 펜타데실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 6량체로부터 유도되는 분지쇄상 옥타데실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 2급-부틸 그룹, 3급-부틸 그룹, 1-부텐 2량체로부터 유도되는 분지쇄상 옥틸 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 이소부틸렌 2량체로부터 유도되는 분지쇄상 옥틸 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 1-부텐 3량체로부터 유도되는 분지쇄상 도데실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 이소부틸렌 3량체로부터 유도되는 분지쇄상 도데실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 1-부텐 4량체로부터 유도되는 분지쇄상 헥사데실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 이소부틸렌 4량체로부터 유도되는 분지쇄상 헥사데실 그룹(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다) 등의 알킬 그룹, 페닐 그룹, 톨릴 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸페닐 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다), 크실릴 그룹(모든 구조 이성체를 포함한다) 등의 알킬아릴 그룹, 벤질 그룹, 페닐에틸 그룹(모든 이성체를 포함한다) 등의 아릴알킬 그룹을 들 수 있다.
또한, 상기 화학식 1의 R10 및 R11로서는, 이의 절삭 성능의 관점에서, 별개로 에틸렌 또는 프로필렌으로부터 유도된 탄소수 3 내지 18의 분지쇄상 알킬 그룹인 것이 보다 바람직하고, 에틸렌 또는 프로필렌으로부터 유도된 탄소수 6 내지 15의 분지쇄상 알킬 그룹인 것이 특히 바람직하다.
황화 에스테르로서는, 구체적으로 예를 들면, 우지, 돈지(豚脂), 어지(漁脂), 채종유, 대두유 등의 동식물 유지, 불포화 지방산(올레산, 리놀산 또는 상기 동식물 유지로부터 추출된 지방산류 등을 포함한다)과 각종 알콜을 반응시켜 수득되는 불포화 지방산 에스테르, 및 이들의 혼합물 등을 임의의 방법으로 황화함으로써 수득되는 것을 들 수 있다.
황화 광유란, 광유에 단체(單體) 황을 용해시킨 것을 말한다. 여기서, 본 발명에 따르는 황화 광유에 사용되는 광유로서는 특별히 제한되지 않지만, 구체적으로는, 원유에 상압 증류 및 감압 증류를 실시하여 수득되는 윤활유 유분을, 용매탈력, 용매추출, 수소화분해, 용매탈랍, 접촉탈랍, 수소화정제, 황산세정, 백토처리 등의 정제처리를 적절하게 조합하여 정제한 파라핀계 광유, 나프텐계 광유 등을 들 수 있다. 또한, 단체 황으로서는 괴상, 분말상, 용융 액체상 중의 어느 하나의 형태인 것을 사용할 수 있지만, 분말상 또는 용융 액체상의 단체 황을 사용하면 기재유로의 용해를 효율적으로 실시할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 용융 액체상의 단체 황은 액체끼리 혼합하기 때문에 용해 작업을 대단히 단시간으로 실시할 수 있다는 이점을 갖고 있지만, 단체 황의 융점 이상에서 취급해야 하며, 가열설비 등의 특별한 장치를 필요로 하거나, 고온 대기하에서 취급하기 때문에 위험이 따르는 등 취급이 반드시 용이한 것은 아니다. 이에 비해, 분말상의 단체 황은, 염가이며 취급이 용이하고, 더구나 용해에 필요한 시간이 충분히 짧기 때문에 특히 바람직하다. 또한, 본 발명에 따르는 황화 광유에 있어서의 황 함유량에 특별히 제한은 없지만, 통상, 황화 광유 전체량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0.05 내지 1.0중량%이고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.5중량%이다.
디티오인산아연 화합물, 디티오카밤산아연 화합물, 디티오인산몰리브덴 화합물 및 디티오카밤산몰리브덴 화합물이란, 각각 이하의 화학식 2 내지 화학식 5의 화합물을 의미한다.
Figure 112003036903255-pct00001
Figure 112003036903255-pct00002
Figure 112003036903255-pct00003
Figure 112003036903255-pct00004
위의 화학식 2 내지 5에서,
R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18 , R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25, R26 및 R27은 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 탄소수 1 이상의 탄화수소 그룹이고,
X는 산소 원자 또는 황 원자이다.
여기서, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25, R26 및 R27로 나타낸 탄화수소 그룹의 구체예를 예시하면, 메틸 그룹, 에틸 그룹, 프로필 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 부틸 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 펜틸 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헥실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헵틸 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 옥틸 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 노닐 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 운데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 도데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 트리데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 테트라데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 펜타데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헥사데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헵타데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 옥타데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 노나데실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 에이코실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헨에이코실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 도코실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 트리코실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 테트라코실 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다) 등의 알킬 그룹, 사이클로펜틸 그룹, 사이클로헥실 그룹, 사이클로헵틸 그룹 등의 사이클로알킬 그룹, 메틸사이클로펜틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸사이클로펜틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸사이클로펜틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필사이클로펜틸 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸사이클로펜틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸사이클로펜틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸사이클로펜틸 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필사이클로펜틸 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 디에틸사이클로펜틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸사이클로펜틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 메틸사이클로헥실 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸사이클로헥실 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸사이클로헥실 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필사이클로헥실 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸사이클로헥실 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸사이클로헥실 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸사이클로헥실 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필사이클로헥실 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 디에틸사이클로헥실 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸사이클로헥실 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 메틸사이클로헵틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸사이클로헵틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸사이클로헵틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필사이클로헵틸 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸사이클로헵틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸사이클로헵틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸사이클로헵틸 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필사이클로헵틸 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함하다), 디에틸사이클로헵틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸사이클로헵틸 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다) 등의 알킬사이클로알킬 그룹, 페닐 그룹, 나프틸 그룹 등의 아릴 그룹, 톨릴 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 크실릴 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸페닐 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸페닐 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸페닐 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 디에틸페닐 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸페닐 그룹(모든 치환 이성체를 포함한다), 펜틸페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헥실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헵틸페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 옥틸페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 노닐페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 운데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 도데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 트리데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 테트라데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 펜타데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헥사데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헵타데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 옥타데실페닐 그룹(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다) 등의 알킬아릴 그룹, 벤질 그룹, 펜에틸 그룹, 페닐프로필 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 페닐부틸 그룹(모든 분지쇄 이성체를 포함한다) 등의 아릴알킬 그룹 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 황 화합물 중에서도, 디하이드로카빌폴리설파이드 및 황화 에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 사용하면, 보다 높은 절삭 성능 및 마찰 특성이 수득되기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르는 인 화합물로서는, 구체적으로 예를 들면, 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르의 아민염, 염소화 인산 에스테르, 아인산 에스테르 및 포스포로티오에이트 등을 들 수 있다. 이러한 인 화합물은 인산, 아인산 또는 티오인산과 알칸올, 폴리에테르형 알콜과의 에스테르 또는 이의 유도체를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 인산 에스테르로서는, 트리부틸포스페이트, 트리펜틸포스페이트, 트리헥실포스페이트, 트리헵틸포스페이트, 트리옥틸포스페이트, 트리노닐포스페이트, 트리데실포스페이트, 트리운데실포스페이트, 트리도데실포스페이트, 트리트리데실포스페이트, 트리테트라데실포스페이트, 트리펜타데실포스페이트, 트리헥사데실포스페이트, 트리헵타데실포스페이트, 트리옥타데실포스페이트, 트리올레일포스페이트, 트리페닐포스페이트, 트리크레질포스페이트, 트리크실레닐포스페이트, 크레질디페닐포스페이트, 크실레닐디페닐포스페이트 등;
산성 인산 에스테르로서는, 모노부틸엑시드포스페이트, 모노펜틸엑시드포스페이트, 모노헥실엑시드포스페이트, 모노헵틸엑시드포스페이트, 모노옥틸엑시드포스페이트, 모노노닐엑시드포스페이트, 모노데실엑시드포스페이트, 모노운데실엑시드포스페이트, 모노도데실엑시드포스페이트, 모노트리데실엑시드포스페이트, 모노테트라데실엑시드포스페이트, 모노펜타데실엑시드포스페이트, 모노헥사데실엑시드포스페이트, 모노헵타데실엑시드포스페이트, 모노옥타데실엑시드포스페이트, 모노올레일엑시드포스페이트, 디부틸엑시드포스페이트, 디펜틸엑시드포스페이트, 디헥실엑시드포스페이트, 디헵틸엑시드포스페이트, 디옥틸엑시드포스페이트, 디노닐엑시드포스페이트, 디데실엑시드포스페이트, 디운데실엑시드포스페이트, 디도데실엑시드포스페이트, 디트리데실엑시드포스페이트, 디테트라데실엑시드포스페이트, 디펜타데실엑시드포스페이트, 디헥사데실엑시드포스페이트, 디헵타데실엑시드포스페 이트, 디옥타데실엑시드포스페이트, 디올레일엑시드포스페이트 등;
산성 인산 에스테르의 아민염으로서는, 상기 산성 인산 에스테르의 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 디메틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민 등의 아민과의 염 등;
염소화 인산 에스테르로서는, 트리스·디클로로프로필포스페이트, 트리스·클로로에틸포스페이트, 트리스·클로로페닐포스페이트, 폴리옥시알킬렌·비스[디(클로로알킬)]포스페이트 등;
아인산 에스테르로서는, 디부틸포스파이트, 디펜틸포스파이트, 디헥실포스파이트, 디헵틸포스파이트, 디옥틸포스파이트, 디노닐포스파이트, 디데실포스파이트, 디운데실포스파이트, 디도데실포스파이트, 디올레일포스파이트, 디페닐포스파이트, 디크레질포스파이트, 트리부틸포스파이트, 트리펜틸포스파이트, 트리헥실포스파이트, 트리헵틸포스파이트, 트리옥틸포스파이트, 트리노닐포스파이트, 트리데실포스파이트, 트리운데실포스파이트, 트리도데실포스파이트, 트리올레일포스파이트, 트리페닐포스파이트, 트리크레질포스파이트 등;
포스포로티오에이트로서는, 트리부틸포스포로티오에이트, 트리펜틸포스포로티오에이트, 트리헥실포스포로티오에이트, 트리헵틸포스포로티오에이트, 트리옥틸포스포로티오에이트, 트리노닐포스포로티오에이트, 트리데실포스포로티오에이트, 트리운데실포스포로티오에이트, 트리도데실포스포로티오에이트, 트리트리데실포스포로티오에이트, 트리테트라데실포스포로티오에이트, 트리펜타데실포스포로티오에이트, 트리헥사데실포스포로티오에이트, 트리헵타데실포스포로티오에이트, 트리옥타데실포스포로티오에이트, 트리올레일포스포로티오에이트, 트리페닐포스포로티오에이트, 트리크레질포스포로티오에이트, 트리크실레닐포스포로티오에이트, 크레질디페닐포스포로티오에이트, 크실레닐디페닐포스포로티오에이트, 트리스(n-프로필페닐)포스포로티오에이트, 트리스(이소프로필페닐)포스포로티오에이트, 트리스(n-부틸페닐)포스포로티오에이트, 트리스(이소부틸페닐)포스포로티오에이트, 트리스(s-부틸페닐)포스포로티오에이트, 트리스(t-부틸페닐)포스포로티오에이트 등을 들 수 있다. 또한, 이들의 2종 이상의 혼합물도 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 인 화합물 중에서도, 보다 높은 절삭 성능 및 마찰 특성이 수득되는 점에서, 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르 및 아인산 에스테르가 바람직하고, 트리아릴포스페이트, 디알킬엑시드포스페이트 및 디알킬포스파이트가 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 유제 조성물은, 황 화합물 또는 인 화합물 중의 어느 하나만을 함유할 수도 있고, 황 화합물과 인 화합물 모두를 함유할 수도 있다. 그러나, 절삭 성능 및 마찰 특성이 보다 높아진다는 점에서, 황 화합물과 인 화합물 모두를 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유제 조성물은, 에스테르와 황 화합물 및 인 화합물 중의 하나 또는 둘 다로만 이루어지는 것(즉, 에스테르와 황 화합물 및/또는 인 화합물의 합계 배합량이 100중량%인 것)일 수 있으며, 필요에 따라서 다른 기재유나 첨가제가 배합될 수 있다. 그러나, 박테리아 등의 미생물에 의한 유제 성분의 분해가 보다 용이하게 이루어지며, 주변 환경이 유지되는 것과 같은 생분해성의 점에서, 에스테르의 함유량은, 유제 전체량 기준으로 10중량% 이상인 것이 바람직하고, 20중량% 이상인 것이 더욱 바람직하며, 30중량% 이상인 것이 더욱 바람직하고, 50중량% 이상인 것이 가장 바람직하다.
또한, 황 화합물의 배합량은 절삭 성능, 마찰 특성의 향상 효과의 관점에서, 조성물 전체량 기준(기재유와 전체 배합 첨가제의 합계량 기준)으로 이의 함유량이 0.01중량% 이상인 것이 바람직하고, 0.05중량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 공구 수명의 관점에서, 10중량% 이하인 것이 바람직하고, 5중량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 인 화합물의 배합량은 절삭 성능 및 마찰 특성의 향상 효과의 관점에서 조성물 전체량 기준(기재유와 전체 배합 첨가제의 합계량 기준)으로 이의 함유량이 0.001중량% 이상인 것이 바람직하고, 0.005중량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.01중량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 공구 수명의 관점에서, 5중량% 이하인 것이 바람직하며, 3중량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 유제 조성물은, 상기의 에스테르와 황 화합물 및/또는 인 화합물을 함유하는 것이지만, 이의 성능을 현저히 저하시키지 않을 정도로 윤활 유제용으로서 종래 공지의 기타 기재유를 사용할 수 있다.
본 발명의 유제가 함유하는 에스테르 이외의 기재유로서는, 광유 또는 합성유가 사용될 수 있다. 광유로서는, 예를 들면, 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 수득한 윤활유 유분을 용매탈력, 용매추출, 수소화분해, 용매탈랍, 접촉탈랍, 수소화정제, 황산세정, 백토처리 등의 정제처리를 적절하게 조합하여 정제한 파라핀계, 나프텐계 등의 기름을 들 수 있다. 또한 합성유로서는, 예를 들면, 폴리-α-올레핀(폴리부텐, 1-옥텐올리고머, 1-데센올리고머 등), 알킬벤젠, 알킬나프탈렌, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 폴리페닐 에테르 등을 사용할 수 있다. 이러한 기재유를 사용하는 경우의 배합량은 특별히 제한은 없지만, 조성물 전체량 기준으로 90중량% 이하인 것이 바람직하고, 70중량% 이하인 것이 더욱 바람직하며, 50중량% 이하인 것이 가장 바람직하다. 본 발명에서는 생분해성의 관점에서 기재유를 상기 특성을 갖는 에스테르 성분만(100중량%)으로 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유제 조성물은 산화방지제를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 산화방지제의 첨가에 의해 유제 변질에 의한 점착을 억제할 수 있다. 사용할 수 있는 산화방지제로서는, 윤활제용으로서 또는 식품첨가물로서 사용되고 있는 것이 포함되며, 예를 들면, 2,6-디-3급-부틸-p-크레졸(DBPC), 4,4'-메틸렌비스(2,6-디-3급-부틸페놀), 4,4'-비스(2,6-디-3급-부틸페놀), 4,4'-티오비스(6-3급-부틸-o-크레졸), 아스코르브산(비타민 C), 아스코르브산의 지방산 에스테르, 토코페롤(비타민 E), 3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 2-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 3-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 1,2-디하이드로-6-에톡시-2,2,4-트리메틸퀴놀린(에톡시킨), 2-(1,1-디메틸)-1,4-벤젠디올(TBHQ), 2,4,5-트리하이드록시부티로페논(THBP)을 들 수 있다.
이러한 산화방지제 중에서도, 아스코르브산(비타민 C), 아스코르브산의 지방산 에스테르, 토코페롤(비타민 E), 2,6-디-3급-부틸-p-크레졸(DBPC), 3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 2-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 3-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 1,2-디하이드로-6-에톡시-2,2,4-트리메틸퀴놀린(에톡시킨), 2-(1,1-디메틸)-1,4-벤젠디올(TBHQ) 또는 2,4,5-트리하이드록시부티로페논(THBP)이 바람직하고, 아스코르브산(비타민 C), 아스코르브산의 지방산 에스테르, 토코페롤(비타민 E), 2,6-디-3급-부틸-p-크레졸(DBPC) 또는 3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시아니솔이 보다 바람직하다.
산화방지제의 함유량은 특별히 제한은 없지만, 양호한 산화안정성을 유지시키기 위해서 이의 함유량은, 조성물 전체량 기준으로 O.01중량% 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05중량% 이상, 가장 바람직하게는 0.1중량% 이상이다. 한편, 이 이상 첨가하더라도 효과의 향상을 기대할 수 없기 때문에, 이의 함유량은 10중량% 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5중량% 이하이며, 가장 바람직하게는 3중량% 이하이다.
본 발명의 유제 조성물에 있어서는, 절삭 성능 등의 윤활성을 향상시키는 점에서, 유성제를 함유하는 것이 바람직하다.
유성제로서는, (A) 알콜, (B) 카복실산, (C) 불포화 카복실산의 황화물, (D) 하기 화학식 6의 화합물, (E) 하기 화학식 7의 화합물, (F) 폴리옥시알킬렌 화합물 및 (G) 에스테르 등을 들 수 있다.
Figure 112003036903255-pct00005
Figure 112003036903255-pct00006
위의 화학식 6 및 7에서,
R1 및 R2는 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹이고,
m1 및 m2 는1 내지 6의 정수이고,
n1 및 n2는 0 내지 5의 정수이다.
이하, 이러한 유성제에 관해서 설명한다.
(A) 알콜은 1가 알콜 또는 다가 알콜일 수 있다. 보다 높은 윤활 성능이 수득되며, 우수한 가공성이 수득되는 점에서 탄소수 1 내지 40의 1가 알콜이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 25의 알콜이며, 가장 바람직하게는 탄소수 8 내지 18의 알콜이다. 구체적으로는, 상기 기재유의 에스테르를 구성하는 알콜의 예를 들 수 있다. 이러한 알콜은 직쇄상 또는 분지쇄상일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화일 수 있지만, 점착방지성의 점에서 포화인 것이 바람직하다.
(B) 카복실산은 1염기산 또는 다염기산일 수 있다. 보다 높은 윤활 성능이 수득되며, 우수한 가공성이 수득되는 점에서 탄소수 1 내지 40의 1가 카복실산이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 탄소수 5 내지 25의 카복실산이며, 가장 바람직하게는 탄소수 5 내지 20의 카복실산이다. 구체적으로는, 상기 기재유로서의 에스테르를 구성하는 카복실산의 예를 들 수 있다. 이러한 카복실산은 직쇄상 또는 분지쇄상 일 수 있으며, 포화 또는 불포화일 수 있지만, 점착방지성의 점에서 포화 카복실산인 것이 바람직하다.
(C) 불포화 카복실산의 황화물로서는, 예를 들면, 상기 (B)의 카복실산 중, 불포화인 것의 황화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 올레산의 황화물을 들 수 있다.
(D) 화학식 6의 화합물에 있어서, R1로 나타내어지는 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹으로서는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 그룹, 탄소수 5 내지 7의 사이클로알킬 그룹, 탄소수 6 내지 30의 알킬사이클로알킬 그룹, 탄소수 2 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐 그룹, 탄소수 6 내지 10의 아릴 그룹, 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴 그룹 및 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬 그룹을 들 수 있다. 이 중에서는, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 그룹인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 그룹이고, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 그룹이며, 가장 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 그룹이다. 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬 그룹의 예로서는, 메틸 그룹, 에틸 그룹, 직쇄 또는 분지쇄의 프로필 그룹 및 직쇄 또는 분지쇄의 부틸 그룹을 들 수 있다.
하이드록실 그룹의 치환위치는 임의적이지만, 2개 이상의 하이드록실 그룹을 갖는 경우에는 인접하는 탄소원자로 치환되어 있는 것이 바람직하다. m1은 바람직하게는 1 내지 3의 정수이고, 더욱 바람직하게는 2이다. n1은 바람직하게는 0 내지 3의 정수이고, 더욱 바람직하게는 1 또는 2이다. 화학식 6의 화합물의 예로서는 p-3급-부틸카테콜을 들 수 있다.
(E) 화학식 7의 화합물에 있어서, R2로 나타낸 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹의 예로서는, 화학식 6 중의 R1로 나타낸 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹의 예와 동일한 것을 들 수 있고, 또한 바람직한 것의 예도 동일하다. 하이드록실 그룹의 치환위치는 임의적이지만, 2개 이상의 하이드록실 그룹을 갖는 경우에는 인접하는 탄소원자로 치환되어 있는 것이 바람직하다. m2는 바람직하게는 1 내지 3의 정수이고, 더욱 바람직하게는 2이다. n2는 바람직하게는 O 내지 3의 정수이고, 더욱 바람직하게는 1 또는 2이다. 화학식 2의 화합물의 예로서는 2,2-디하이드록시나프탈렌, 2,3-디하이드록시나프탈렌을 들 수 있다.
(F) 폴리옥시알킬렌 화합물로서는, 예를 들면, 화학식 8 또는 9의 화합물을 들 수 있다.
R3O-(R4O)m3-R5
A-[(R6O)n4-R7]m4
위의 화학식 8 및 9에서,
R3 및 R5는 각각 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹이고,
R4는 탄소수 2 내지 4의 알킬렌 그룹이며,
m3은 수 평균 분자량이 100 내지 350O으로 되는 정수이고,
A는 하이드록실 그룹을 3 내지 10개 갖는 다가 알콜의 하이드록실 그룹의 수소원자의 일부 또는 모두를 제거한 잔기이며,
R6는 탄소수 2 내지 4의 알킬렌 그룹이고,
R7은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹이며,
n4는 수 평균 분자량이 100 내지 3500으로 되는 정수이고,
m4는 A의 하이드록실 그룹으로부터 제거된 수소원자의 개수와 동일한 수이다.
화학식 8에서, R3 및 R5 중 적어도 하나는 수소원자인 것이 바람직하다. R3및 R5로 나타낸 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹으로서는, 예를 들면, 화학식 6의 R1로 나타낸 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹의 예와 동일한 것을 들 수 있고, 또한 바람직한 것의 예도 동일하다. R4로 나타낸 탄소수 2 내지 4의 알킬렌 그룹으로서는, 구체적으로 예를 들면, 에틸렌 그룹, 프로필렌 그룹(메틸에틸렌 그룹), 부틸렌 그룹(에틸에틸렌 그룹)을 들 수 있다. m3은 바람직하게는 수 평균 분자량이 300 내지 2000으로 되는 정수이고, 더욱 바람직하게는 수 평균 분자량이 500 내지 1500으로 되는 정수이다.
또한, 화학식 9에서, A를 구성하는 3 내지 10의 하이드록실 그룹을 갖는 다가 알콜의 구체적인 예로서는, 글리세린, 폴리글리세린(글리세린의 2 내지 4량체, 예를 들면, 디글리세린, 트리글리세린, 테트라글리세린), 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄) 및 이들의 2 내지 4량체, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 솔비톨, 솔비탄, 솔비톨 글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 크실리톨, 만니톨, 이지리톨, 탈리톨, 덜시톨, 알리톨 등의 다가 알콜, 크실로스, 아라비노스, 리보스, 람노스, 글루코스, 프룩토스, 갈락토스, 만노스, 소르보스, 셀로비오스, 만노스, 이소만노스, 트레할로스 및 수크로스 등의 당류를 들 수 있다. 이 중에서도 글리세린, 폴리글리세린, 트리메틸올알칸 및 이들의 2 내지 4량체, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 솔비톨 또는 솔비탄이 바람직하다.
R6으로 나타낸 탄소수 2 내지 4의 알킬렌 그룹의 예로서는, 화학식 8의 R4로 나타낸 탄소수 2 내지 4의 알킬렌 그룹의 예와 동일한 것을 들 수 있다. 또한, R7로 나타낸 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹의 예로서는, 화학식 1의 R1로 나타낸 탄소수 1 내지 30의 탄화수소 그룹의 예와 동일한 것을 들 수 있고, 또한 바람직한 것의 예도 동일하다. m4개의 R7 중 하나 이상이 수소원자인 것이 바람직하고, 모두 수소원자인 것이 더욱 바람직하다. n4는 바람직하게는 수 평균 분자량이 300 내지 2000으로 되는 정수이고, 더욱 바람직하게는 수 평균 분자량이 500 내지 1500으로 되는 정수이다.
(G) 에스테르로서는, 이것을 구성하는 알콜이 1가 알콜 또는 다가 알콜일 수 있으며, 또한 카복실산은 1염기산 또는 다염기산일 수 있다.
에스테르를 구성하는 1가 알콜 및 다가 알콜의 예로서는, 기재유로서의 에스테르의 설명에서 예시한 1가 알콜 및 다가 알콜과 동일한 것을 들 수 있다. 또한 바람직한 것에 대해서도 동일하다. 또한, 에스테르를 구성하는 1염기산 및 다염기산의 예도 상기 기재유로서의 에스테르의 설명에서 예시한 1염기산 및 다염기산과 동일한 것을 들 수 있다. 또한 바람직한 것에 대해서도 동일하다.
또한, 알콜과 카복실산과의 조합으로서는, 임의의 조합이 가능하고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 하기의 조합을 들 수 있다.
① 1가 알콜과 1염기산과의 에스테르
② 다가 알콜과 1염기산과의 에스테르
③ 1가 알콜과 다염기산과의 에스테르
④ 다가 알콜과 다염기산과의 에스테르
⑤ 1가 알콜, 다가 알콜과의 혼합물과 다염기산과의 혼합 에스테르
⑥ 다가 알콜과 1염기산, 다염기산과의 혼합물과의 혼합 에스테르
⑦ 1가 알콜, 다가 알콜과의 혼합물과 1염기산, 다염기산과의 혼합 에스테르
또한, 알콜 성분으로서 다가 알콜을 사용한 경우, 다가 알콜 중의 하이드록실 그룹 전체가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있으며, 또는 하이드록실 그룹의 일부가 에스테르화되지 않고 하이드록실 그룹 그대로 남아 있는 부분 에스테르일 수 있다. 또한, 카복실산 성분으로서 다염기산을 사용한 경우, 다염기산 중의 카복실 그룹 전체가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있으며, 또는 카복실 그룹의 일부가 에스테르화되지 않고 카복실 그룹 그대로 남아 있는 부분 에스테르일 수 있다.
유성제로서의 에스테르의 합계 탄소수에는 특별히 제한은 없지만, 윤활성 및 가공성의 향상효과를 수득하기 위해, 합계 탄소수 7 이상의 에스테르가 바람직하고, 9 이상의 에스테르가 더욱 바람직하며, 11 이상의 에스테르가 가장 바람직하다. 또한, 스테인(stain)이나 부식의 발생을 증대시키지 않기 위해, 합계 탄소수 60 이하의 에스테르가 바람직하고, 45 이하의 에스테르가 보다 바람직하며, 26 이하의 에스테르가 더욱 바람직하고, 24 이하의 에스테르가 한층 더 바람직하며, 22 이하의 에스테르가 가장 바람직하다.
유성제로서는, 상기 각종 유성제 중에서 선택된 1종만을 사용할 수 있으며, 또한 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이 중에서도, (A) 알콜 및 (B) 카복실산 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
상기 유성제의 함유량은 특별히 제한은 없지만, 높은 절삭성 등의 윤활성을 수득하기 위해, 조성물 전체량 기준으로, 0.1중량% 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.2중량% 이상, 가장 바람직하게는 0.5중량% 이상이다. 또한 스테인이나 부식의 발생을 증대시키지 않기 위해서, 유성제 함유량의 상한치는 30중량% 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20중량% 이하, 더욱 바람직하게는 10중량% 이하이다.
또한, 본 발명의 유제 조성물에는, 상술한 이외의 종래 공지된 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가제로서는, 예를 들면, 상기 인 화합물, 황 화합물 이외의 극압 첨가제(염소계 극압제를 포함한다), 디에틸렌 글리콜 모노알킬 에테르 등의 습윤제, 아크릴 중합체, 파라핀 왁스, 마이크로 왁스, 슬랙 왁스, 폴리올레핀 왁스 등의 조막제, 지방산 아민염 등의 수치환제, 그라파이트, 플루오르화흑연, 2황화몰리브덴, 질화붕소, 폴리에틸렌 분말 등의 고체 윤활제; 아민, 알칸올아민, 아미드, 카복실산, 카복실산염, 설폰산염, 인산, 인산염, 다가 알콜의 부분 에스테르 등의 부식 방지제, 벤조트리아졸, 티아디아졸 등의 금속 불활성화제, 메틸 실리콘, 플루오로 실리콘, 폴리아크릴레이트 등의 소포제, 알케닐석신산이미드, 벤질아민, 폴리알케닐아민아미노아미드 등의 무회 분산제 등을 들 수 있다. 이러한 공지된 첨가제를 병용하는 경우의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 이들 공지된 첨가제의 합계 함유량이 조성물 전체량 기준으로 O.1 내지 10중량%로 되는 양으로 첨가하는 것이 일반적이다.
본 발명의 유제 조성물의 동적 점성도에 관해서는 특별히 제한은 없지만, 가공 부위로의 공급 용이성의 관점에서, 40℃에서의 동적 점성도의 상한치는 200㎟/s인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100㎟/s이며, 더욱 바람직하게는 75㎟/s이고, 가장 바람직하게는 50㎟/s이다. 한편, 이의 하한치는, 1㎟/s인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3㎟/s이며, 가장 바람직하게는 5㎟/s이다.
상기의 구성을 갖는 본 발명의 유제 조성물은, 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제로서 우수한 특성을 갖는 것이다. 또한, 본 발명의 유제 조성물은, 접동면용 유제, 축수부분용 유제, 유압기기용 유제, 기어부분용 유제 등의 공작기계의 가공 부위 이외의 윤활 유제로서 사용하는 것이 가능한 것이며, 따라서 공작기계의 스페이스 절약화 및 에너지 절약화를 가능하게 하는 점에서 대단히 유용하다.
또한, 본 발명에서 말하는 접동면용 유제란, 절삭 및 연삭 가공에 사용되는 공작기계가 구비하는 구성 부재 중, 당접하는 2평면의 접동운동의 안내기구에 사용되는 윤활 유제를 말한다. 예를 들면, 베드 위를 이동할 수 있는 테이블 위에 피가공 부재를 배치하고, 테이블을 이동시켜 절삭 및 연삭 가공용 공구로 피가공 부재를 반송하는 공작기계에 있어서는, 테이블과 베드 사이의 접동면이 접동면용 유제에 의해 윤활된다. 또한, 베드 위를 이동할 수 있는 받침대 위에 절삭 및 연삭 가공용 공구를 고정시키고, 상기 받침대를 이동시켜 공구를 피가공 부재로 이동시키는 공작기계에 있어서는, 받침대와 베드 사이의 접동면이 접동면용 유제에 의해 윤활된다.
이와 같은 접동면용 유제에는, 접동면에서의 마찰계수가 작은 것이나 스틱 슬립 방지성이 높은 것 등의 마찰 특성이 요구된다. 공작기계의 가공 테이블 등의 접동면에 있어서 스틱 슬립이 발생하면, 이의 마찰진동이 그대로 피가공 부재에 전사되고, 그 결과 가공정밀도가 저하되거나, 또는 이러한 진동으로부터 공구수명이 저하되는 등의 문제가 생긴다. 본 발명의 유제 조성물은 이러한 현상을 충분히 방지하는 것이 가능한 것이지만, 마찰 특성의 관점에서는 황 화합물 및 인 화합물 모두를 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 축수부분의 윤활에는 유제 축수윤활과 분무 축수윤활 등의 윤활방법이 있지만, 본 발명의 유제 조성물은 이들 중 어느 것이라도 사용 가능하다.
유제 축수윤활이란, 윤활유를 액체인 상태로 축수부에 공급하여 상기 축수부의 원활한 접동을 도모하는 윤활방식을 의미하며, 윤활유에 의한 축수부의 냉각 등도 기대할 수 있다. 이러한 축수윤활용의 윤활 유제로서는, 축수접동 부분에서의 높은 윤활성(내마모성, 내소부성 등)이 요구되며, 또한 보다 고온부에서 사용되는 점에서 열적 열화가 일어나기 어려운, 즉 내열성이 우수한 것이 요구되지만, 본 발명의 유제 조성물은 이러한 유제 축수윤활에도 사용할 수 있는 것이다.
분무 축수윤활이란, 윤활유를 분무 발생장치에 의해 안개상으로 하고, 공기 등의 기체로 이러한 안개상의 오일을 축수부에 공급하여 상기 축수부의 원활한 접동을 도모하는 윤활방식을 의미하여, 축수부 등의 고온부에서는 공기 등에 의한 냉각효과를 기대할 수 있는 점에서, 최근의 공작기계에서는 이러한 윤활방식을 채용하고 있는 예가 많다. 이러한 분무 윤활용의 윤활 유제로서는, 축수접동 부분 에서의 높은 윤활성(내마모성, 내소부성 등)이 요구되며, 또한 보다 고온부에서 사용되기 때문에 열적 열화가 일어나기 어려운, 즉 내열성이 우수한 것이 요구되지만, 본 발명의 유제 조성물은 이러한 분무 축수윤활에도 사용할 수 있는 것이다.
본 발명의 유제 조성물은 축수부분의 윤활용으로서 충분히 사용할 수 있는 것이지만, 보다 높은 윤활성이 수득되는 점에서, 황 화합물 및 인 화합물 모두를 함유하는 것이 바람직하다.
유압기기는 유압으로 기계의 동작 및 제어를 실시하는 것이며, 기계류의 동작을 담당하는 유압 제어부분에서는 윤활, 씰, 냉각효과가 기대되는 유압 작동유가 사용된다. 유압 작동유는 윤활유를 펌프로 고압으로 압축시키고, 유압을 발생시켜 기기를 움직이기 때문에, 윤활유에 높은 윤활성(내마모성, 내소부성 등)과 높은 산화안정성 및 열안정성이 요구되지만, 본 발명의 유제 조성물은 이러한 유압 작동유에도 사용할 수 있는 것이다. 본 발명의 유제 조성물을 유압 작동유 겸용유로서 사용하는 경우에는, 이러한 윤활성을 더욱 향상시키기 위해, 황 화합물 및 인 화합물 모두를 함유하는 것이 바람직하다.
기어부분이란, 주로 치절(齒切)반 등에 설치된 기어로 구동하는 부분을 말하며, 상기 부분의 원활한 접동을 도모하고, 금속-금속간 접촉을 완화시키기 위해 기어유가 사용된다. 기어의 접동면에는 고하중이 가해지기 때문에, 기어유에는 높은 내마모성, 높은 소부성 등의 윤활성이 요구된다. 본 발명의 유제 조성물은 이러한 기어유와의 겸용유로서 사용하는 경우에도, 충분히 높은 윤활성(내마모성, 내소부성 등)을 발휘한다. 그러나, 보다 높은 윤활성이 수득되는 점에서, 황 화합물 및 인 화합물 모두를 함유하는 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 유제 조성물을 사용한 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공방법의 일례에 관해서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따르는 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서 적합하게 사용되는 공작기계의 일례를 도시하는 설명도이다. 도 1에 도시하는 공작기계는, 베드(1) 위를 화살표 방향으로 이동 가능한 테이블(2), 및 지지수단(10)으로 지지되어 있고 화살표 방향으로 회전 가능한 공구(11)를 구비하고 있다. 또한, 급유 탱크(12)에는 본 발명의 유제 조성물이 수용되어 있고, 테이블(2) 위에 배치된 피가공 부재(3)를 절삭 및 연삭 가공할 때에는, 압축 공기 도입부(18)로부터 보내어지는 압축 공기와 함께, 분무상의 본 발명의 유제 조성물이 가공유제 공급부(13)로부터 가공 부위로 공급된다. 또한, 급유 탱크(12)에 수용된 본 발명의 유제 조성물은, 접동면용 유제 공급부(14)로부터 베드(1)와 테이블(2) 사이의 접동면(16)에 공급됨과 동시에, 축수용 유제 공급부(15)로부터 지지수단(10)과 공구(11) 사이의 축수부에 공급되어, 접동면(16) 및 축수부(17)의 윤활이 이루어진다.
상기 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서는, 본 발명의 유제 조성물(바람직하게는 동일한 에스테르를 함유하는 유제 조성물)을 사용하여, 절삭 및 연삭 가공 부위, 공작기계의 접동면, 또는 추가로 축수부에서의 윤활을 실시함으로써, 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공에 있어서의 가공성의 향상 및 작업효율의 향상이 달성된다.
또한, 본 발명에 따르는 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 절삭 및 연삭 가공용 유제, 접동면용 유제 또는 축수용 유제로서 각각 동일한 유제를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 각 유제로서 동일한 유제 조성물을 사용하면, 각 유제를 공급하기 위한 급유 탱크 등을 별개로 설치할 필요가 없어지며, 공작기계의 스페이스 절약화 및 에너지 절약화를 달성하는 것이 가능해지기 때문에 바람직하다.
또한, 도 1에는 도시하고 있지 않지만, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서는, 급유 탱크(12)에 수용되는 본 발명의 유제를 공작기계가 구비하는 유압기기에 공급하여, 본 발명의 유제를 유압 작동유로서 사용할 수 있다. 또한, 급유 탱크(12)에 수용되는 본 발명의 유제 조성물을 공작기계가 구비하는 기어부분에 공급하여, 본 발명의 유제 조성물을 기어유로서 사용할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 근거하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 조금도 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 내지 19 및 비교예 1 내지 3
실시예 1 내지 19 및 비교예 1 및 2에 있어서는, 이하에 나타내는 기재유, 황 화합물, 인 화합물 및 산화방지제를 사용하여, 표 1 또는 표 2에 기재하는 조성을 갖는 유제를 제조한다.
(기재유)
a: 네오펜틸 글리콜과 올레산과의 트리에스테르
b: 트리메틸올프로판과 올레산과의 트리에스테르
c: 트리메틸올프로판과 n-헥산산/n-옥탄산/n-데칸산 혼합산(혼합 몰비 7:59:34)과의 테트라에스테르
d: 펜타에리트리톨과 n-옥탄산과의 테트라에스테르
e: 시판 중인 채종유
f: 글리세린과 올레산과의 모노에스테르.
(황 화합물)
g: 황화 에스테르(황 함유량: 9.9중량%, 불활성 타입)
h: 폴리설파이드(황 함유량: 36중량%, 활성 타입).
(인 화합물)
i: 트리크레질포스페이트
j: 디-2-에틸헥실포스페이트
(산화방지제)
k: 2,6-디-3급-부틸-p-크레솔.
다음에, 수득된 유제를 사용하여 이하의 평가시험을 실시한다. 또한, 탭핑시험에서는, 유제 조성물을 사용하지 않고 공기만을 내뿜는 경우의 예를 비교예 3으로서 평가하여, 이의 평가결과를 표 1에 병기한다.
(점착방지성의 평가)
알루미늄 접시(100mm × 70mm) 위에 유제 5ml를 넣고, 70℃의 항온조에 336시간 동안 정치한 후, 유제 조성물 부착부분의 점착 정도를 지촉 판단한다. 또한, GPC로 시험 전후의 중량평균 분자량을 측정하여 변화율을 구한다. 수득된 결과를 표 1 및 표 2에 기재한다. 또한, 점착방지성의 평가기준은 이하와 같다.
A: 점착은 전혀 없다
B: 점착이 전혀 없거나, 있더라도 극소이다
C: 점착이 조금 있다
D: 점착이 있다
E: 점착이 매우 많다.
(윤활성의 평가(탭핑 시험))
각 유제 및 비교 표준유(DIDA: 아디프산디이소데실)를 교대로 사용하여, 이하에 나타내는 조건으로 탭핑 시험을 실시한다.
탭핑 조건
공구: 너트 탭 M8(P = 1.25mm)
하부구멍 직경: φ6.8mm
워크: S25C(t = 10mm)
절삭속도: 9.0m/min
유제 공급방식
각 유제 조성물: 압축 공기 0.2MPa, 유제 조성물 25ml/h의 조건으로 내뿜기
DIDA: 압축 공기를 사용하지 않고, 직접 가공 부위에 4.3ml/min의 조건으로 내뿜기
상기 조건으로 탭핑 시험을 수행한다. 각각의 경우의 탭핑 에너지를 측정하고, 하기 수학식을 사용하여 탭핑 에너지 효율(%)을 산출한다.
수학식
탭핑 에너지 효율(%) = (DIDA를 사용한 경우의 탭핑 에너지)/(유제 조성물을 사용한 경우의 탭핑 에너지)
수득된 결과를 표 1 및 표 2에 기재한다. 표 중, 탭핑에너지 효율의 값이 높을수록, 윤활성이 높은 것을 의미한다.
(마찰 특성 평가시험)
도 1에 도시하는 장치를 사용하여, 각 유제의 마찰 특성을 이하의 순서로 평가한다.
도 1에 도시하는 장치에 있어서, 주철(鑄鐵)제의 베드(1) 위와 주철제의 테이블(2)과의 당접하는 면에 유제를 적가한다. 다음에, 테이블(2) 위에 중진(3)을 배치하여 면압 200kPa로 하고, A/C 서보미터(4), 엄지나사(5) 및 축수부를 갖는 가동 치구(6)로 구성되는 구동수단에 의해 테이블(2)을 화살표 방향으로 왕복 운동시킨다. 테이블(2)을 왕복 운동시킬 때에는, 제어반(7) 및 제어수단(8)에 의해, 전송 속도 60mm/min 및 전송 길이 30mm로 되도록 제어한다. 이와 같이 하여 테이블(2)을 3회 왕복시킨 후, 4회 왕복째의 테이블(2)과 가동 치구(6) 사이의 하중을 로드셀(9)에 의해서 측정하며, 수득된 측정치에 근거하여 테이블과 베드가 당접하는 면(안내면)의 마찰계수의 평균치를 구한다. 수득된 결과를 표 1 및 표 2에 기재한다.
(내마모성 평가시험)
고속사구 시험법에 의해, 회전수 1800rpm 및 하중 392N으로 30분 동안 마모시험을 실시하고, 마모흔 직경을 측정하여 유제의 내마모성을 평가한다. 수득된 결과를 표 1 및 표 2에 기재한다.
(산화안정성 시험)
50ml 스크류관에 시료를 25ml 넣고, 공기 중에 70℃로 4주 동안 가열했을 때의 전체 산가의 변화량을 측정한다. 수득된 결과를 표 1 및 표 2에 기재한다.
(내소부성 평가시험)
ASTM D-2783-88에 준거하여, 회전수 1800rpm으로 하중 마찰지수(LWI)를 구한다. 수득된 결과를 표 1 및 표 2에 기재한다. 또한, 표 중, LWI의 값이 클수록 내소부성이 우수한 것을 나타내고 있다.
Figure 112007018115210-pct00011
Figure 112007018115210-pct00012
표 1에 기재하는 결과로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 내지 19의 유제는, 탭핑 특성 및 점착방지성이 양호한 점에서 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공 유제로서의 특성이 우수한 것으로 확인되었다. 또한, 실시예 1 내지 19의 유제는 마찰 특성이 양호한 점에서 접동면용 유제로서의 특성이 우수하고, 내마모 특성, 내소부성 및 산화안정성이 양호한 점에서 축수용 유제로서의 특성이 우수하며, 또한 내마모 특성, 내소부성 및 산화안정성이 양호한 점에서 유압 작동유로서의 특성이 우수하고, 내마모성 및 내소부성이 양호한 점에서 기어유로서의 특성이 우수한 것으로 확인되었다. 이 중에서도, 실시예 4 내지 7 및 실시예 13 내지 16은 보다 높은 점착방지성을 나타내었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물은, 탭핑 특성, 마찰 특성, 내마모 특성 및 산화안정성이 우수한 것이다. 따라서, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물에 의해, 극미량 유제 공급방식에 의한 절삭 및 연삭 가공방법에 있어서, 가공효율의 향상, 공구수명의 향상 및 취급성의 향상이 가능해진다.

Claims (3)

  1. 네오펜틸글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판 및 펜타에리트리톨 중에서 선택되는 1종 이상의 알콜과 탄소수 2 내지 24의 1염기산, 탄소수 2 내지 16의 2염기산 또는 트리멜리트산과의 에스테르를 황 화합물 및 인 화합물과 함께, 또는 인 화합물과 함께 함유하는데, 이때 조성물 전체량 기준으로, 상기 에스테르의 함유량은 10중량% 이상이고, 상기 인 화합물의 함유량은 0.001 내지 5중량%이며, 상기 황 화합물의 함유량은 0.01 내지 10중량%인, 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 황 화합물이 디하이드로카빌폴리설파이드, 황화 에스테르, 황화 광유, 디티오인산아연 화합물, 디티오카밤산아연 화합물, 디티오인산몰리브덴 화합물 및 디티오카밤산몰리브덴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 것인, 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인 화합물이 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르의 아민염, 염소화 인산 에스테르, 아인산 에스테르 및 포스포로티오에이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 것인, 극미량 유제 공급식 절삭 및 연삭 가공용 유제 조성물.
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