KR101435563B1 - 중화된 지방산을 포함하는 금속가공 유체 - Google Patents

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챨스 이. 코번
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엥거스 케미칼 캄파니
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Abstract

본 발명은 아민, 알칸올아민 및 가성 알칼리 중의 하나 이상에 의해 중화된 C12 -20 지방산을 포함하는 수성 금속가공 유체(MWF)용 첨가제에 관한 것이다. 당해 첨가제는 pH가 약 7 이상이며, 중화된 C12 -20 지방산을, MWF의 중량을 기준으로 하여, 적어도 약 0.10중량% 포함하는 수성 MWF용으로 설계된 것이다. 당해 첨가제는 기계가공 과정에서 및 기계가공 후에 철계 금속 및 비철계 금속의 녹형성을 억제한다.
금속가공 유체, 지방산, 녹형성, 첨가제, 철계, 비철계

Description

중화된 지방산을 포함하는 금속가공 유체 {Metalworking fluids comprising neutralized fatty acids}
본 발명은 금속가공 유체에 관한 것이다. 한 가지 측면에서, 본 발명은 수성 금속가공 유체(MWF: metalworking fluid)에 관한 것이고, 또 다른 측면에서 본 발명은 알루미늄과 다른 금속의 녹형성(staining)을 억제하는 수성 MWF에 관한 것이다. 또 다른 측면에서, 본 발명은 중화된 지방산을 포함하는 수성 MWF에 관한 것이고, 또 다른 측면에서, 본 발명은 MWF를 사용하는 각종 방법에 관한 것이다.
수성 금속가공 유체는 공지되어 있으며, 당해 유체의 경제적, 환경적 및 안전성의 장점으로 인해 비수성 금속가공 유체보다 널리 사용된다. 수성 MWF는 인화성이 매우 낮고, 석유계 제품의 비용이 계속 증가함에 따라 비수성 MWF보다 수성 MWF의 경제적 이점은 계속 증대된다. 더욱이, 수성 MWF는 석유계 유체가 보유하는 사용 및 폐기 시의 분명한 환경적 부담을 적어도 동일한 정도까지는 보유하지 않는다. 하지만, 이러한 안전성, 경제적 및 환경적 장점 외에도, 수성 MWF는 가공재료(workpiece)를 녹슬게 하지 않으며 보관 및 사용 과정에서의 안정성과 같은 다른 성질도 나타내야 한다.
수성 MWF는 대부분이 물이며, 통상적으로 95중량%(중량%) 이상, 종종 97중량% 이상이 물이다. 물은 통상적인 금속 가공 조건하에, 특히 MWF가 많은 수성 MWF에 있어서 통상적인 pH 9 이상과 같이 비교적 높은 pH를 갖는 경우, 특정 철계 및 비철계 가공재료, 특히 알루미늄을 녹슬게 하는 경향이 있다. 하지만, 가공재료의 녹형성을 방지하기 위해 수성 MWF에 규산나트륨 및 포스페이트 에스테르와 같은 특정 물질을 첨가할 수 있지만, 이들 물질은 종종 각기 자체 결함을 갖고 있다. 예를 들면, 규산염은 MWF의 재생에 흔히 사용되는 한외여과막을 폐색시키는 경향이 있고, 포스페이트 에스테르는 비교적 빠르게 세균 분해된다.
따라서, 금속가공 산업에서는, 기계가공 작업 과정에서 및 작업 후에 금속 가공재료, 특히 알루미늄과 같은 비철계 금속 가공재료의 녹형성을 감소 또는 제거하는 수성 MWF 조성물 및 첨가제의 발견에 지속적인 관심을 갖고 있다. 더욱이, 당해 산업에서, 특히 소규모 및 중간 규모의 주문생산공장(size job shop)은 철계 및 비철계 금속에 모두 효과적인 상기 첨가제 및 조성물에 지속적인 관심을 갖는데, 이는 다수의 수성 MWF를 구입 및 재고 조사할 필요를 없애주기 때문이다.
발명의 개요
한 가지 양태에서, 본 발명은 수성 MWF를 위한 중화된 지방산 첨가제로서, 아민, 알칸올아민 및 가성 알칼리(caustic) 중의 하나 이상에 의해 중화된 C12 -20 지 방산을 포함하는 첨가제에 관한 것이다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 중화된 지방산 첨가제를 포함하는 수성 농축물이다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 pH가 약 7 이상이고, 아민, 알칸올아민 및 가성 알칼리 중의 하나 이상에 의해 중화된 C12 -20 지방산을 수성 MWF의 중량을 기준으로 약 0.1중량% 이상 포함하는, 수성 MWF에 관한 것이다.
본 명세서에 사용된 "중화된 지방산 첨가제", "지방산 첨가제" 및 이의 유사어는 필수적으로 중화된 지방산만을 포함하는 필수적으로 비수성 용액을 의미한다. 이것은 수성 MWF의 나머지와 별개로 제조되는 경우, 중화된 지방산 형태이다. 당해 형태에서, 첨가제는 포장되고/되거나 보관되고/되거나 판매자 및/또는 최종 사용자에게 판매될 수 있다.
"농축물", "마스터배치" 및 이의 유사어는 물, 오일 및/또는 수성 MWF의 또 다른 기능성 성분으로 부분적으로 희석된 중화된 지방산을 의미한다. "부분적으로 희석된"은 수성 MWF로서 사용하기 직전에 당해 농축물이 통상적으로 물로 추가로 희석되어야 함을 의미한다. 통상적으로, 당해 농축물은 중화된 지방산을 약 1중량% 이상, 통상적으로 약 5중량% 이상, 때로는 10중량% 이상의 다량으로 포함한다. 당해 농축물은 물을 통상적으로 95중량% 미만, 더욱 통상적으로 약 75중량% 미만, 더욱 더 통상적으로 약 50중량% 미만 포함한다. 당해 농축물은 첨가제로부터 직접 제조될 수 있거나(예를 들면, 첨가제를 물로 희석하고, 임의로 MWF의 다른 성분을 첨가함으로써), 스크래치(scratch)로부터 제조될 수도 있다(예를 들면, 지방산과 중화제를 별도로 첨가하여 동일 반응계에서 중화된 지방산을 제조함으로써). 첨가 제와 같이, 농축물은 포장되고/되거나 보관되고/되거나 판매자 및/또는 최종 사용자에게 판매될 수 있다.
"수성 MWF" 및 이의 유사어는 MWF의 모든 성분을 포함하고 사용 준비된 MWF를 의미한다. 당해 형태에서, 수성 MWF는 완전히 희석되어 있으며, 즉, 사용 전에 물 또는 임의의 다른 성분에 의한 어떠한 추가의 희석도 필요로 하지 않으며, 물을 통상적으로 95중량% 이상 포함한다. 농축물과 마찬가지로, 이의 전구물질(즉, 농축물, 통상적으로 약 10 내지 20배 또는 그 이상의 희석율로 희석됨)의 희석에 의해 제조될 수도 있고, 또는 개별 성분으로부터 직접 제조될 수도 있다. 후자의 제조방법의 경우, 중화된 지방산은 앞에서 제조한 중화된 지방산 첨가제와 마찬가지로 직접 첨가될 수도 있거나 동일 반응계에서 제조될 수 있으며, 즉 지방산과 중화제를 각각 적당한 양으로 별도로 첨가할 수 있다.
"중화제" 및 이의 유사어는 MWF의 다른 성분과 혼화성이고 MWF의 지방산 성분을 중화시킬 수 있으며 중화된 지방산의 실질적인 가용성을 유지시킬 수 있는 임의의 아민, 알칸올아민 및 가성 알칼리를 의미한다. "실질적인 가용성"은, 중화된 지방산의 임의의 침전이, 수성 MWF의 녹 억제 성분으로서의 효능 면에서 무시할 수 있는 정도임을 의미한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 금속 가공재료의 기계가공 또는 가공 방법으로서, pH가 약 7 이상이고 아민, 알칸올아민 및 가성 알칼리 중의 하나 이상에 의해 중화된 C12 -20 지방산을 수성 MWF의 중량을 기준으로 약 0.1중량% 이상으로 포함하는 수성 MWF를 사용하여 가공재료를 기계가공함을 포함하는 방법을 제공한다. 본 발 명의 수성 MWF는 공지된 수성 MWF와 동일한 방식으로 사용된다.
도 1은 표 Ex. 2B에 기록된 Al 2024 알루미늄 합금 쿠폰들의 이미지이다.
도 2는 표 Ex. 2C에 기록된 Al 6061 알루미늄 합금 쿠폰들의 이미지이다.
도 3은 표 Ex. 2D에 기록된 Al 7075 알루미늄 합금 쿠폰들의 이미지이다.
도 4는 표 Ex. 2E에 기록된 Al 380 알루미늄 합금 쿠폰들의 이미지이다.
도 5A 및 도 5B는 표 Ex. 3에 기록된 알루미늄 합금 쿠폰들의 이미지이다.
도 6은 녹형성 억제제의 존재 및 부재하에 각종 수성 MWF에 노출된 후의 알루미늄 합금 및 아연도금강 쿠폰들의 이미지이다.
도 7은 표 Ex. 6에 기록된 알루미늄 합금 쿠폰들의 이미지이다.
(i) 수성 MWF의 성분인 다른 성분과 혼화성이고, (ii) 아민, 알칸올아민 또는 가성 알칼리에 의해 중화될 수 있으며, (iii) 알루미늄 가공재료가 수성 MWF를 사용하여 기계가공되는 동안에 알루미늄 가공재료의 녹형성을 감소 또는 제거하는 임의의 C12-20 지방산은 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 통상적으로, 수성 MWF의 지방산 성분은 화학식 1로 표시된다.
CH3-(CH2)n-COOH
위의 화학식 1에서,
n은 약 10 이상, 바람직하게는 약 12 이상, 더욱 바람직하게는 약 14 이상의 정수이고, 바람직하게는 약 18 이하, 더욱 바람직하게는 약 16 이하의 정수이다.
지방산은 MWF의 다른 성분과 지방산의 혼화성을 어떠한 유의적인 정도로 방해하지 않거나, 존재하는 경우, 가공재료에 유의적인 녹을 부여할 수 있는 하나 이상의 치환체 및/또는 하나 이상의 불포화 부위를 함유할 수 있다. 이러한 치환체에는 방향족, 하이드록실, 설포네이트, 할로겐 및 에테르 그룹이 포함된다. 지방산의 구조는 직쇄, 분지쇄 또는 환형일 수 있고, 분지쇄 지방산이 직쇄 지방산보다 거품(foam)을 일으키는 경향이 적기 때문에, 분지쇄 지방산이 본 발명의 바람직한 지방산이다. 탄소수가 총 18 이상인 중화된 포화 직쇄 지방산은, 다른 지방산에 의해 제공되는 것과 동일한 수준의 녹 억제를 달성하기 위해 더 많은 양의 이러한 지방산이 외관상으로 요구되기 때문에, 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 다른 중화된 지방산보다 바람직하지 못하며, 다른 사항은 동등하다.
본 발명의 실시에 사용될 수 있는 대표적인 지방산으로는 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 2-헥실데칸산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 리시놀레산, 2-사이클로헥센-1-옥탄산, 5-카복시-4-헥실-옥탄산, 촐무그르산(chaulmoogric acid), 이소스테아르산(혼합 이성질체), 시스-11-에이코센산, 피탄산, 프리스탄산, 4,8,12-트리메틸트리데칸산 및 톨유(tall oil) 지방산이 포함된다. 이러한 지방산은 단독으로 사용되거나 또는 2종 이상의 혼합물로 사용될 수도 있다. 시중에서 입수 가능한 C12-20 지방산은 종종 혼합물이며, 당해 혼합물은 탄소수 12 미만 및/또는 탄소수 20 초과의 지방산의 양을 포함할 수 있다. 당해 혼합물은 본 발명의 실시에 사용될 수 있고, 혼합물 중에 C12-20 지방산을 제외한 지방산의 양은, 무의미한 양 미만, 예를 들면, 총 지방산 양의 약 10중량% 미만인 것이 바람직하다.
중화 아민은 임의의 종류 및 임의의 분자량일 수 있으며, 단독으로 사용되거나 1종 이상의 다른 아민과 배합하여 및/또는 1종 이상의 알칸올아민 및/또는 가성 알칼리와 배합하여 사용될 수 있다. 당해 아민으로는 1차, 2차 및 3차 아민이 포함되고, 지방족(바람직하게는 1차 또는 3차 알킬), 지환족 또는 방향족 구조이며; MWF의 다른 성분과 아민의 혼화성을 어떠한 유의적인 정도까지 방해하지 않거나, 존재하는 경우, 가공재료에 유의적인 녹을 부여할 수 있는 1종 이상의 치환체를 보유할 수 있다. 이러한 치환체로는 에테르 그룹이 포함된다. 대표적인 아민으로는 암모니아(본 발명의 목적상 아민으로 간주됨), 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, n-프로필아민, 디-n-프로필아민, 트리-n-프로필아민, 이소프로필아민, n-부틸아민, 이소부틸아민, 2급-부틸아민, 3급-부틸아민, 사이클로헥실아민, 디사이클로헥실아민, 벤질아민, α-페닐에틸아민, β-페닐에틸아민, 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 테트라(C1-3 알킬)암모늄 하이드록사이드(예를 들면, 테트라(메틸)암모늄 하이드록사이드, 트리(메틸)에틸 암모늄 하이드록사이드 등), 아닐린, 메틸아닐린, o-톨루이딘, m-톨루이딘, p-톨루이딘, o-아니시딘, m-아니시딘, p-아니시딘, o-클로로아닐린, m-클로로아닐린, p-클로로아닐린 및 벤지딘이 포함된다.
특히, 유익하고 유용한 것은 알칸올아민, 특히 저분자량의 알칸올아민이다. 아민과 마찬가지로, 알칸올아민은 단독으로 사용되거나 1종 이상의 다른 알칸올아민과 배합되고/되거나 1종 이상의 아민 및/또는 가성 알칼리와 배합되어 사용될 수 있다. 알칸올아민 또한 MWF의 다른 성분과 알칸올아민의 혼화성을 어떠한 유의적 정도까지 방해하지 않거나, 존재하는 경우, 가공재료에 유의적인 녹을 부여할 수 있는 1종 이상의 치환체를 보유할 수 있다. 대표적인 알칸올아민으로는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 디글리콜아민, n-부틸에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP) 및 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올이 있다.
본 명세서에 사용된 "가성 알칼리(caustic)"는 수산화나트륨과 유사한 모든 화합물을 포함하고, 지방산에 결합되어 지방산 염을 형성하는 경우, 당해 지방산 염은 수성 MWF에 실질적으로 가용성이다. 가성 알칼리는 임의의 종류일 수 있고, 단독으로 사용되거나 또는 1종 이상의 다른 가성 알칼리와 배합되고/되거나 1종 이상의 아민 및/또는 알칸올아민과 배합되어 사용될 수 있다. 대표적인 가성 알칼리에는 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨, 가성 알칼리 알콜(예를 들면, C2H5ONa), 탄산염, 인산염 등이 포함된다. 수산화칼륨이 바람직한 가성 알칼리이다.
지방산과 아민, 알칸올아민 및/또는 가성 알칼리는 지방산이 효과적으로 중화되는 양으로 사용된다. 중화 그룹 대 카복실 그룹의 몰 비는 통상적으로 약 1:1이지만, 이보다 약간 낮거나 높은 몰 비를 사용하는 경우에 본 발명의 일부 잇점이 수득되기도 한다. 중화제는 과량으로 사용될 수 있지만, 유리한 효과는 전혀 없다.
본 발명의 한 가지 양태에서, 중화된 지방산은 MWF와 별도로 제조된 다음, 각종 농축물 및/또는 수성 MWF 조성물의 제조에 사용되는 첨가제로서 포장되어 판매된다. 당해 양태에서, 지방산과 중화제는 임의의 편리한 방식으로 혼합하며, 통상적으로 주위 조건하에 진탕을 사용하여 혼합한다. 다른 양태에서, 중화된 지방산은 물로 희석되고/되거나 농축물 및/또는 수성 MWF의 다른 성분과 블렌딩된 후에 포장 및/또는 사용될 수 있다.
또 다른 양태에서, 중화된 지방산은 수성 MWF의 제조 과정의 일부로서 MWF의 수성 매질에 첨가하기 전에 제조되거나 또는 동일 반응계에서 제조된다. 이의 제조방법에 상관없이, 수성 MWF에 존재하는 중화된 지방산의 양은 통상적으로 수성 MWF의 약 0.1중량% 이상, 바람직하게는 약 0.4중량% 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.07중량% 이상이다. 수성 MWF 중의 중화된 지방산의 최대 양은 광범위하게 다양할 수 있고 통상적으로 경제성의 함수이다. 보통, 최대량은 수성 MWF의 약 1중량%를 초과하지 않으며, 바람직하게는 약 0.7중량%를 초과하지 않고, 더욱 바람직하게는 약 0.5중량%를 초과하지 않는다.
본 발명의 수성 MWF는 단순히 물 및 중화된 지방산을 포함할 수 있지만, 통상적으로는 추가로 많은 다른 성분을 포함한다. 이러한 다른 성분으로는, 탄화수소 및/또는 합성 오일, 각종 무기 염, 계면활성제, 살생물제, 윤활제, 염료, 소포제, 유화제 등이 비제한적으로 포함될 수 있다. 이러한 다른 성분은 공지된 양 및 배합물로 사용되며, 수성 MWF는 수돗물이거나 탈이온수이거나 간에 물을 약 95중량% 이상 포함하는 것이 일반적이다. 본 발명의 실시에 사용된 중화된 지방산은, 원하는 성능을 최대화하기 위해 수성 MWF 조성물의 다른 성분과 조화를 이룬다.
본 발명의 수성 MWF는 철, 강철 및 아연도금강과 같은 철계 금속, 및 알루미늄, 알루미늄 합금과 같은 비철계 금속 모두와 함께 사용하기에 적합하다. 금속 가공재료는 공지된 통상의 방식으로 기계가공되고, 본 발명의 수성 MWF는 공지된 통상의 방식으로 사용된다.
이하 실시예에서, 별도의 언급이 없는 한 모든 부 및 백분율은 중량을 기준으로 한다.
실시예 1
2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP)의 톨유 지방산 염을 녹형성 시험에 사용하였다. 당해 시험에서, 탈이온수에 95% AMP를 용해한 1% 수용액 33.5g을, 미국 일리노이주 시카고의 수돗물 중의 0.27% 톨유 지방산 300g에 첨가하였다. 수득되는 0.34% 톨유 지방산-AMP 염 용액을 유리 병(jar)에 넣고, 당해 용액에 알루미늄 합금 Al 2024, Al 380(주조 알루미늄), Al 6061 및 Al 7075(둘 모두 항공기 등급의 알루미늄)의 쿠폰 절반을 침지시켰다. 대조군은 수산화칼륨으로 pH 9.5로 조정된 탈이온수 및 일반 수돗물을 사용하였다. 당해 병을 공기하에 밀봉하고, 40℃ 오븐에 넣었다. 24시간, 1주 및 5주 후에 쿠폰을 꺼내어 녹형성에 대해 조사하였다. 증기상에서의 녹형성은 대조군 시스템에 비해 몇몇 경우에 감소되었다. Al 380을 제외한 모든 합금의 경우, 액상에서의 녹형성은 필수적으로 발생하지 않았고, Al 380에서는 대조군에 의해 나타나는 것보다는 훨씬 적지만 약간의 녹형성이 발생하였다.
실시예 2
표 Ex. 2A에 기록된 염 용액은 시카고 수돗물로 제조했고, 중화제 수준은 9.0의 pH를 달성하도록 조정하였다. 당해 실시예에서는 중화된 톨유만이 본 발명의 대표예이다.
[표 Ex. 2A]
용액 중의 염의 함량(중량%)(pH 9.0)
붕소산 벤조산 락트산 네오데칸산 톨유 2-에틸헥산산
2-아미노-2-메틸-1-프로판올 0.4 0.15 0.46 0.40 0.33 0.42
2-아미노-1-부탄올 0.39 0.46 0.47 0.40 0.33 0.43
에탄올아민 0.34 0.39 0.39 0.34 0.30 0.36
이소프로판올아민 0.37 0.42 0.42 0.38 0.32 0.39
디글리콜아민 0.42 0.50 0.50 0.42 0.34 0.45
N-부틸에탄올아민 0.43 0.50 0.51 0.43 0.35 0.46
실시예 1에 기술된 프로토콜을 사용하여 상기 염 용액으로 녹형성 시험을 수행한 결과는 이하 표 Ex. 2B 내지 Ex. 2E에 제시하였다. 녹형성의 정도, 예를 들면, 짙음, 중간, 옅음, 매우 옅음 및 무형성은 주관적이지만, 시험 쿠폰의 이미지를 도 1 내지 도 4에 제시하였다. 특정 가공재료 위의 보고된 녹형성의 정도에 대한 허용성은, 가공재료의 사용자에 따라 주관적이다. 당해 실시예의 목적상, 허용되는 녹형성은 옅음, 매우 옅음 및 무형성인 것이다.
[표 Ex. 2B]
Al 2024 녹형성 결과 - 액체 접촉 면적 (40℃에서 5주)
붕소산 벤조산 락트산 네오데칸산 톨유 2-에틸헥산산
2-아미노-2-메틸-1-프로판올 짙음 중간 옅음 짙음 무형성 짙음
2-아미노-1-부탄올 짙음 중간 옅음 짙음 무형성 짙음
에탄올아민 짙음 중간 옅음 짙음 무형성 짙음
이소프로판올아민 짙음 중간 옅음 짙음 무형성 짙음
디글리콜아민 짙음 중간 옅음 짙음 무형성 짙음
N-부틸에탄올아민 짙음 중간 옅음 짙음 무형성 짙음
[표 Ex. 2C]
Al 6061 녹형성 결과 - 액체 접촉 면적 (40℃에서 5주)
붕소산 벤조산 락트산 네오데칸산 톨유 2-에틸헥산산
2-아미노-2-메틸-1-프로판올 짙음 중간 중간 중간 무형성 짙음
2-아미노-1-부탄올 짙음 중간 중간 짙음 무형성 짙음
에탄올아민 짙음 중간 중간 중간 무형성 짙음
이소프로판올아민 짙음 중간 중간 중간 무형성 짙음
디글리콜아민 짙음 중간 중간 중간 무형성 짙음
N-부틸에탄올아민 짙음 중간 중간 중간 무형성 짙음
[표 Ex. 2D]
Al 7075 녹형성 결과 - 액체 접촉 면적 (40℃에서 5주)
붕소산 벤조산 락트산 네오데칸산 톨유 2-에틸헥산산
2-아미노-2-메틸-1-프로판올 짙음 중간 중간 짙음 무형성 중간
2-아미노-1-부탄올 짙음 중간 중간 짙음 무형성 중간
에탄올아민 짙음 중간 중간 짙음 무형성 중간
이소프로판올아민 짙음 중간 중간 짙음 무형성 중간
디글리콜아민 짙음 중간 중간 짙음 무형성 중간
N-부틸에탄올아민 짙음 중간 중간 짙음 무형성 중간
[표 Ex. 2E]
Al 380 녹형성 결과 - 액체 접촉 면적 (40℃에서 5주)
붕소산 벤조산 락트산 네오데칸산 톨유 2-에틸헥산산
2-아미노-2-메틸-1-프로판올 짙음 짙음 짙음 짙음 매우 옅음 짙음
2-아미노-1-부탄올 짙음 짙음 짙음 짙음 매우 옅음 짙음
에탄올아민 짙음 짙음 짙음 짙음 매우 옅음 짙음
이소프로판올아민 짙음 짙음 짙음 짙음 매우 옅음 짙음
디글리콜아민 짙음 짙음 짙음 짙음 매우 옅음 짙음
N-부틸에탄올아민 짙음 짙음 짙음 짙음 매우 옅음 짙음
실시예 3
녹형성 억제제로서의 지방산 알칸올아민의 효능에 미치는 쇄 길이의 효과를 측정하기 위해, 네오데칸산(실시예 2 참조, 탄소수 10의 분지쇄 모노카복실산)으로부터 베헨네오산(탄소수 22의 직쇄 모노카복실산)까지의 염을 평가하였다. 수돗물에서 2-아미노-2-메틸-1-프로판올에 의해 pH 9.5로 중화시킨 0.3% 산(또는 네오데칸산의 경우에는 0.4%)의 결과를 이하 표 Ex. 3 및 도 5A 및 도 5B에 기록하였다.
[표 Ex. 3]
녹형성 결과 - 액체 접촉 - 40℃에서 1주
지방산 Al 2024 Al 6061 Al 7075 Al 380
네오데칸산 C10 짙음 짙음 중간 짙음
라우르산 C12 무형성 무형성 무형성 무형성
미리스트산 C14 무형성 무형성 무형성 무형성
팔미트산 C16 무형성 무형성 무형성 무형성
올레산 C18 무형성 무형성 무형성 무형성
스테아르산 C18 짙음 짙음 짙음 짙음
베헨산 C22 짙음 짙음 짙음 짙음
이소스테아르산 C18 무형성 무형성 무형성 무형성
이와 같은 데이터는 쇄 길이가 성능에 영향을 끼침을 입증한다(아마도 부분적으로는 염의 용해도/분산성으로 인하여). 스테아르산 염 및 베헨산 염은 다른 산들에 비해 물에 분산성이 적고, 이것은 금속 표면의 습윤화에 유용한 염의 양에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이러한 특정 실험에서 허용되는 결과를 달성하기 위해, 스테아르산이 더 많이 요구된다. 네오데칸산 염의 효능의 부족은 설명되지 않았지만, C12-20 산 염에 비해 수용해도가 더 높은 것과 관계있는 것으로 추정될 수 있다.
실시예 4
분지쇄 지방산 염(직쇄 지방산 염과 대조적으로)의 거품 형성능의 감소를 입증하기 위해, 일반적인 합성 수성 MWF를 시카고 수돗물을 사용하여 제조하였다(농축물 1부당 물 20부). 합성 MWF 조성물은 다음과 같은 성분을 포함하였다.
성분 중량%
탈이온수 74
아민 디카복실레이트 염 10
역 수용성 지방 에스테르 5
2-아미노-2-메틸-1-프로판올 2
트리에탄올아민 8
비사이클릭 옥사졸리딘 바이오시드 1
희석된 베이스 유체를 동일한 4개의 부분으로 나누고, 3개의 부분에는 이하 표 Ex.4에 명시된 산 염을 0.1중량% 첨가하였다. 스토퍼가 장착된 100ml 눈금 실린더에 정확히 50ml의 희석된 유체를 첨가하였다. 이어서, 당해 실린더를 1분 동안 진탕하고, 최초 거품 부피를 계량하고(시간 0분), 선택 시간마다 계량하였다. 표 Ex. 4의 데이터는 직쇄 지방산 염을 포함하는 유체에서보다 분지쇄 지방산 염을 포함하는 유체에서 초기 거품이 더 빨리 붕괴됨을 보여준다.
[표 Ex. 4]
합성 MWF의 거품형성능
시간 (분) 베이스 유체
(대조군, 거품
높이(ml))		 베이스 유체 + 0.1중량% 이소스테아르산/AMP (거품 높이(ml)) 베이스 유체 + 0.1중량% 2-헥실데칸산/AMP
(거품 높이(ml))		 베이스 유체 + 0.1중량% 톨유/AMP
(거품 높이(ml))
0 50 40 50 50+
1 35 36 45 45
2 15 35 40 45
5 5 20 20 45
15 3 3 5 20
실시예 5
선택한 알루미늄 합금과 아연도금강 쿠폰의 pH 조절된 물에서의 녹형성 제어는 0.1중량% AMP 톨유 지방산의 존재 및 부재하에 시험하였다. 도 6은 당해 염이 시카고 수돗물(pH는 KOH로 9.5로 조정)에 첨가될 때, 모든 쿠폰의 액상 접촉 면적에서 녹형성이 전혀 없었음을 보여준다. 녹형성은 증기상 면적에서도 없는데, 그 이유는 당해 염이 비휘발성이기 때문이다.
실시예 6
각종 가성 알칼리 중화된 지방산과 하나의 아민 중화된 지방산에 대해 상기 실시예 5의 절차에 따라 Al 2024, 380, 6061 및 7075 알루미늄 합금 쿠폰의 녹형성을 시험하였다. 결과는 이하 표 Ex. 6 및 도 7에 기록하였다.
[표 Ex. 6]
모든 알루미늄 합금 쿠폰의 녹형성 결과 - 액체 접촉 (40℃에서 수 주)
NaOH KOH LiOH (CH3)4NOH
톨유 없음 없음 없음 없음
네오데칸산 시험되지 않음 녹이 형성됨 시험되지 않음 시험되지 않음
이소스테아르산 시험되지 않음 없음 시험되지 않음 시험되지 않음
표 Ex. 7과 도 7의 데이터는 본 발명에 따르는 가성 알칼리-중화된 톨유 지방산 및 아민-중화된 톨유 지방산이, 수성 MWF에서 효과적인 알루미늄 녹형성 억제제임을 보여준다. 당해 데이터는 또한 가성 알칼리-중화된 이소스테아르산은 효과적인 알루미늄 녹형성 억제제이지만, 네오데칸산(본 발명의 지방산이 아니다)은 알루미늄 녹형성을 억제하는데 있어서 알칸올아민-중화된 지방산보다 더 효과적이지는 않음을 보여준다.
이상, 본 발명을 상당히 세부적으로 설명했지만, 이러한 세부사항은 예시하기 위한 것이다. 이에, 전술한 바와 같은 본 발명에는 이하 청구의 범위에 기술된 바와 같은 본 발명의 취지와 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형과 개량이 이루어질 수 있다. 앞서 명시된 모든 미국 특허문헌 및 허용된 특허출원은 본 발명에 참고 인용되었다.

Claims (20)

  1. 수성 금속가공 유체(MWF: metalworking fluid)의 중량을 기준으로 하여, (i) 물 95% 이상, (ii) 아민, 알칸올아민 및 가성 알칼리(caustic) 중의 하나 이상에 의해 중화된 C12-20 지방산 0.1 내지 1%, 및 (iii) 탄화수소유, 합성 오일, 계면활성제, 살생물제, 윤활제, 염료, 소포제 및 유화제 중의 하나 이상 0 내지 4.9%로 이루어지는, pH 7 내지 10의 수성 금속가공 유체(MWF)를 사용함을 특징으로 하는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 공작물의 기계가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 MWF의 지방산이 분지된 것인, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 공작물의 기계가공 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 MWF의 지방산이 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 2-헥실데칸산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라키돈산, 리시놀레산, 2-사이클로헥센-1-옥탄산, 5-카복시-4-헥실-옥탄산, 촐무그르산(chaulmoogric acid), 이소스테아르산, 피탄산, 프리스탄산, 4,8,12-트리메틸트리데칸산 및 톨유(tall oil) 지방산 중의 적어도 하나인, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 공작물의 기계가공 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 MWF의 아민이 암모니아, 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, n-프로필아민, 디-n-프로필아민, 트리-n-프로필아민, 이소프로필아민, n-부틸아민, 이소부틸아민, 2급-부틸아민, 3급-부틸아민, 사이클로헥실아민, 디사이클로헥실아민, 벤질아민, α-페닐에틸아민, β-페닐에틸아민, 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 테트라(메틸)암모늄 하이드록사이드, 헥사메틸렌디아민, 아닐린, 메틸아닐린, o-톨루이딘, m-톨루이딘, p-톨루이딘, o-아니시딘, m-아니시딘, p-아니시딘, o-클로로아닐린, m-클로로아닐린, p-클로로아닐린 및 벤지딘 중의 적어도 하나인, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 공작물의 기계가공 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 MWF의 알칸올아민이 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 모노이소프로판올아민, 디이소프로판올아민, 트리이소프로판올아민, 디글리콜아민, n-부틸에탄올아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 및 2-아미노-2-에틸-1,3-프로판디올 중의 적어도 하나이고, 상기 MWF의 가성 알칼리가 수산화나트륨, 수산화리튬, 수산화칼륨, 가성 알칼리 알콜, 탄산염 및 인산염 중의 적어도 하나인, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 공작물의 기계가공 방법.
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