KR101497252B1

KR101497252B1 - 금속 재료의 소성 가공용 윤활액

Info

Publication number: KR101497252B1
Application number: KR1020137015723A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 세리타; 고스케 하타사키; 시노부 고미야마; 다케시 후지와키; 마사토 오타케
Original assignee: 니혼 파커라이징 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2015-02-27
Also published as: WO2012086564A1; CN103261384A; JP5718944B2; JPWO2012086564A1; CN103261384B; KR20130096301A

Abstract

본 발명은 강가공 용도에서도 적용 가능하고, 작업 환경을 현저히 오염시키는 흑색계의 외관이 아니며, 성형 불량의 요인이 되는 윤활 찌꺼기가 발생하기 어려운 금속 재료의 소성 가공용 윤활제를 제공한다.
본 발명의 해결수단은 층상 점토 광물의 층간에 양이온성의 유기 화합물을 담지한 유기 변성 점토 광물을 고형분비로 5 내지 95 질량％의 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활제이다.

Description

금속 재료의 소성 가공용 윤활액{LUBRICANT FOR PLASTIC PROCESSING OF METAL MATERIAL}

본 발명은 철강, 스테인리스, 알루미늄 및 알루미늄 합금, 티탄 및 티탄 합금, 구리 및 구리 합금, 마그네슘 및 마그네슘 합금 등의 피가공재가 되는 금속 재료를 단조, 와이어 드로잉, 파이프 드로잉, 압연, 프레스 등의 소성 가공을 행할 때에 발생하는, 피가공재가 되는 금속 재료와 금형 등의 공구의 마찰 계면에서의 소부나 마찰 저항을 경감시키기 위한 윤활제에 관한 것이다.

본 발명이 유용한 기술 분야는 상기 금속 재료의 냉간 소성 가공 분야 전반이며, 가장 적합한 것이 마찰 계면에서 높은 접촉 압력을 받기 쉬운 냉간 단조 분야이다.

보다 상세히 설명하면, 본 발명은 피가공재가 되는 금속 재료와 금형 등의 공구의 마찰 계면에 개재하며, 내소부성과 마찰 감소능 양쪽의 성능을 발현하는 금속 재료의 비흑색계 소성 가공용 윤활제에 관한 것이다.

단조, 와이어 드로잉, 파이프 드로잉, 압연, 프레스 등으로 대표되는 금속 재료의 소성 가공에서는, 피가공재인 금속 재료와 금형 등의 공구가 마찰 계면에서 격하게 서로 스치기 때문에, 윤활제의 사용이 불가결하다.

금속 재료의 소성 가공에 있어서의 윤활제는 그의 마찰 계면에 개재되어 소부(금속끼리의 직접 접촉)의 방지, 마찰 저항의 저하 및 마모의 억제 등에 기여하여, 공구의 수명 향상이나 가공 에너지의 감소 및 가공 제품의 품질 향상 등에 직결하는 중요한 요소의 하나이다.

예를 들면 단조에 있어서는, 피가공재인 금속 재료에 대하여 항복 응력을 초과한 힘을 부여함으로써 소성 변형을 일으키기 때문에, 그의 마찰 계면은 매우 높은 접촉 압력을 받고 있으며, 피가공재는 변형 작업과 마찰 작업으로부터 변환되는 열 및 표면적의 증대 등의 영향을 받는다.

이러한 고면압, 열부하, 표면적 확대 등의 가혹한 조건하에서 윤활제는 성능을 유지하는 것이 필요하기 때문에, 내소부성과 마찰 감소능 양쪽을 함께 갖도록 고안된 윤활제가 이용되어 왔다.

소성 가공용 윤활제로서, 가벼운 가공에는 오일류, 비누류, 왁스류 등의 윤활제를 마찰 계면에 개재시키는 방법이 이용되는 경우도 있지만, 특히 높은 접촉 압력에서의 접동이 강요되는 냉간 단조 등에 있어서는, 피가공재와 금형의 직접 접촉을 방지하지 못하고 소부를 일으키기 쉽기 때문에 통상적으로는 이용되지 않는다.

그 때문에 일반적으로는, 피가공재인 금속 재료의 표면에 인산염이나 옥살산염 등의 결정성 화성 피막을 생성시키고, 그 위에 비누 등의 윤활 처리를 행한 소성 가공용 화성 피막이 윤활제로서 이용되고 있다.

이 소성 가공용 화성 피막은, 피가공재인 금속 표면에 화학 반응에 의해 석출된 무기염 피막이 내소부성을 담당하고, 상층의 비누 피막은 하층의 무기염과 화학 반응하여 금속 비누를 생성하여 우수한 마찰 감소능을 나타내는 이상적인 윤활 피막을 형성하고 있다.

그러나, 소성 가공용 화성 피막은 각각의 처리 공정에서 화학 반응을 제어해야 하기 때문에 액 관리를 필요로 하고, 처리조를 고온으로 유지시키기 위해 대량의 에너지를 소비한다.

또한, 처리 공정에서는 대량의 불용성염(슬러지) 및 폐액이 발생하여 폐수 처리나 산업 폐기물 처리가 필요하다.

이들의 영향 및 처리시의 수세나 산 세척을 포함하여 다수의 공정에 의해 구성되어 있기 때문에, 도입시 및 조업시 모두 많은 비용이 필요하고, 공정 관리, 환경 보전의 면에서 바람직한 수법이라고는 할 수 없기 때문에, 공정이 간편하면서도 폐기물이 발생하지 않는 윤활제나 처리 방법이 요망되고 있다.

이러한 요망으로부터 다양한 윤활제나 처리 방법이 제안되어 있다.

예를 들면, 「수용성 고분자 또는 그의 수성 에멀전을 기재로 하며, 고체 윤활제와 화성 피막 형성제를 배합한 윤활제 조성물」(특허문헌 1), 「금속 재료의 소성 가공용 윤활제 조성물」(특허문헌 2) 등에서는 합성 수지를 주성분으로 한 간편한 도포, 건조에 의해 윤활 피막이 형성되는 윤활제가 개시되어 있다.

또한, 「금속 재료의 냉간 소성 가공용 수계 윤활제」(특허문헌 3)에서는, 피가공재 표면에 합성 수지와 수용성 무기염이 균일하게 석출된 피막을 형성시킴으로써 공구와의 직접 금속 접촉을 피하는 것이며, 나아가 임의의 비율로 윤활 성분 등을 피막 중에 함유시킴으로써, 인산염 피막 위에 윤활 성분층을 형성한 경우와 동등하거나 그 이상의 성능이 얻어지는 것으로 개시되어 있다.

또한, 「경사형 2층 윤활 피막을 갖는 소성 가공용 금속 재료 및 그의 제조 방법」(특허문헌 4)에서는, 인산염, 황산염, 붕산염, 규산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염 등의 무기 화합물을 주성분으로 하는 베이스층과, 금속 비누, 왁스, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이황화몰리브덴 및 그래파이트 등을 주성분으로 하는 윤활제층의 경사형 2층 윤활층을 형성함으로써 소성 가공용 화성 피막과 동등한 성능을 갖는 윤활제가 개시되어 있다.

최근 소성 가공, 특히 냉간 단조에 있어서는 환경 보전, 금형의 장기 수명화와 같은 종래부터의 필요성 뿐만 아니라, 재료 손실이 있는 절삭 가공을 최대한 줄이고, 복잡한 형상이면서도 높은 치수 정밀도이며 보다 평활한 표면의 고품질인 가공품을 경제적으로 얻고자 하는 정밀 정형(net shape) 단조품을 목표로 하고 있어, 윤활제에 대한 요구는 높아지고 있다.

그 때문에, 가공시의 면압이나 표면적 확대는 보다 늘어 가공의 난이도가 상승하여, 종래의 소성 가공용 윤활제로는 대응이 곤란해지는 가공이 증가하고 있다.

이러한 강가공(强加工)에 대응할 가능성이 있는 윤활제로서는, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 그래파이트와 같은 고체 윤활제를 다량으로 함유한 윤활제가 일반적이다.

이들 고체 윤활제는 육방정의 층상 결정 구조를 갖고 있으며, 층간의 결합력(반데르발스력, π 결합)이 작은 것에 의해 마찰 감소능을 발현, 표면적의 증대에도 추종하고, 고압, 고열에도 견딘다는 소성 가공에 적합한 특징을 갖고 있다.

이들 고체 윤활제의 이용예로서는, 「금속 재료 소성 가공용 수계 윤활제 및 윤활 피막의 처리 방법」(특허문헌 5)에 있어서, (A) 수용성 무기염과, (B) 이황화몰리브덴 및 그래파이트로부터 선택되는 1종 이상의 윤활제와, (C) 왁스를 함유하며, 이들의 성분이 물에 용해 또는 분산되어 있고, 고형분 농도비(질량비)(B)/(A)가 1.0 내지 5.0, (C)/(A)가 0.1 내지 1.0인 것을 특징으로 하는 금속 재료 소성 가공용 수계 윤활제가 개시되어 있다.

그러나, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 그래파이트와 같은 고체 윤활제의 외관은 흑색계이기 때문에, 그의 작업 환경에서는 현저한 오염이 문제시되고 있으며, 비흑색계의 외관이면서도 윤활성이 우수한 고체 윤활제가 강하게 요망되고 있다.

또한, 비흑색계의 외관을 갖는 일반적인 고체 윤활제로서는 다음과 같은 것이 있다.

불화 흑연은, 그래파이트 등의 탄소 재료를 고온에서 불소 가스를 이용하여 불소화함으로써 합성되며(고결정성 탄소 재료를 고온에서 합성함으로써 보다 흰 외관의 합성품이 얻어짐), 불소와 탄소의 공유 결합으로 구성된 윤활되기 쉬운 층 평면을 갖는 층상 구조의 고체 윤활제이지만, 원료 비용이나 고온 열 처리를 필요로 하기 때문에 매우 비싼 재료가 되는 것이 결점이다.

또한, 육방정 질화붕소(h-BN)는 황백색 또는 백색의 외관을 갖고, 육방정의 층상 구조를 갖고 있으며, 내열성이 우수하지만, 층간의 결합력이 높아 유사 구조의 이황화몰리브덴, 그래파이트와 비교하면 마찰 계수는 높다.

또한, 백색의 외관을 갖는 유기 고분자인 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 평활하며 응집성이 작은 분자 구조이기 때문에, 분자쇄끼리 서로 미끄러지기 쉬운 것에 의해 저마찰 계수를 발현하는 고체 윤활제이지만, 유기물이고 또한 화학적으로 불활성이기 때문에, 내압성, 내열성 등에서는 무기물에 미치지 못하였다.

또한, 벽개성을 갖는 박편상 광물이며 층상 구조를 가진 운모, 이에 속하는 견운모(세리사이트)는 매우 세립이며 백색의 외관을 갖는 고체 윤활제이고, 내압성이나 금속 표면의 산화를 억제하는 작용을 갖지만, 층간이 강한 이온 결합이기 때문에 층간이 윤활되기 어렵고 마찰 계수도 높아진다.

그 이외에, 탈크, 경질 탄산칼슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘 등 층상 구조 또는 벽개성이 있는 결정 구조를 갖는 무기물에 대해서도 마찰 감소능은 낮다.

또한, 멜라민시아누레이트, 아미노산 화합물 등은 유기물이며, 폴리테트라플루오로에틸렌과 마찬가지로 마찰 감소능은 있지만 내압성, 내열성 등에서 무기물에는 미치지 못하였다.

이들 일반적인 비흑색계의 고체 윤활제에서는, 소성 가공용으로서의 흑색계의 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 그래파이트 등이 갖는 내소부성과 마찰 감소능에 필적하는 재료는 발견하지 못한 것이 현실이다.

또한, 열간 단조용 분야에서는 백색의 비흑연계 단조용 윤활제가 제안되어 있지만, 이것은 고체 윤활 작용이 아니라, 고온 조건하에서의 유기물의 용융ㆍ열 분해에 의한 융해물과 잔사의 혼합물에 의한 의사 고체 윤활, 및 열 분해에 의해 발생하는 가스에 의한 이형 효과의 조합으로 성능을 발휘한다고 생각되고 있는 것이어서, 가공력이 높은 냉간 단조 분야에서 적합하다고는 하기 어렵다.

일반적인 소성 가공용 윤활제의 윤활제 성분인 비누류나 왁스 등은 전단에 약하고, 가공시의 마찰이나 재료 변형으로부터 발생하는 열을 받아 용융 상태가 됨으로써 마찰 감소능을 발현하고 있어, 이 자체의 내소부성은 거의 없다.

용융된 이들 윤활제 성분은 금형 등의 공구 중에서 유동하고, 가공시에 탈락된 윤활 피막도 함께 국소적으로 퇴적된다.

이에 따라 금형의 세부 형상으로의 피가공재의 흐름이 저해되어 결육(underfill)이나 치수 불량 등의 성형 불량으로 발전하는 것이다.

상기한 바와 같이, 원하는 가공품을 고정밀도로 얻고자 하는 최근의 필요성으로부터 이 문제는 중대하며, 개선이 불가결한 문제이다.

일본 특허 공개 (소)52-20967호 공보 일본 특허 공개 제2000-63880호 일본 특허 공개 (평)10-008085호 공보 일본 특허 공개 제2002-264252호 공보 국제 공개 WO2002/012419호

상술한 바와 같이, 현재의 소성 가공용 윤활제가 가진 주된 문제는 이하와 같다.

(1) 강가공 용도에 있어서의 흑색계 고체 윤활제 함유 윤활제의 작업 환경에서의 오염

(2) 윤활제 성분이 원인이 되어 발생한 윤활 찌꺼기가 금형 내에 퇴적됨에 따른 성형 불량

이상을 근거로 하여, 본 발명의 주과제는 이들 문제를 해결하기 위한 것이며, 구체적으로는 강가공 용도에서도 적용 가능하고, 작업 환경을 현저히 오염시키는 흑색계의 외관이 아니면서도 성형 불량의 요인이 되는 윤활 찌꺼기가 발생하기 어려운 금속 재료의 소성 가공용 윤활제를 제공하는 것이다.

상기 주과제 뿐만 아니라, 과제가 더 있다. 일반적으로, 많은 단조 부품 제조사는 우선 큰 소성 변형을 수반하는 단조를 행한 후, 마지막으로 정밀 단조를 행하여, 최종적인 부품 형상으로 마무리하고 있다. 그러나, 최근 비용 경쟁의 격화에 따라, 각 제조사에서는 생산 비용의 한층 더한 감소화로의 움직임이 활발해지고 있다. 비용 감소화의 수단 중 하나로서는 단조 공정수의 단축을 들 수 있으며, 예를 들면 최종 공정인 정밀 단조를 생략할 수 있으면 정밀 단조 전의 소둔 공정, 정밀 단조를 위한 윤활 처리 및 단조 공정 등이 생략되기 때문에, 비용의 대폭적인 감소화가 가능해진다. 그를 위해서는 큰 변형에 견디고, 가공 정밀도 및 작업성이 우수한 윤활 피막제를 제공할 필요가 있다.

정밀 단조를 생략하기 위해, 큰 소성 변형을 수반하는 단조를 행하여도 양호한 치수 정밀도나 표면 마무리를 유지하는 것이 요구된다. 그를 위해서는, 성형 불량이나 워크 도입 불량의 원인인 금형에 부착되는 피막 찌꺼기의 발생을 제어하는 것이 필요로 된다.

이상을 근거로 하여, 본 발명의 부과제는 정밀 단조를 생략하기 위해, 피막찌꺼기의 발생을 최대한 방지할 수 있는 금속 재료의 소성 가공용 윤활제를 제공하는 것이다.

(주과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명자들은 상기 주과제를 해결하기 위해 예의 연구를 행해온 결과, 층간에 양이온성의 유기 화합물을 담지한 유기 변성 점토 광물(적합하게는, 교환성 양이온을 층간에 갖는 층상 점토 광물과 양이온성의 유기 화합물의 이온 교환에 의해 얻어진 유기 변성 점토 광물)을 특정 비율로 함유하는 윤활제가 내소부성과 마찰 감소능 양쪽의 성능을 겸비할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명의 특징 중 하나로서, 외관이 비흑색계이기 때문에 이황화몰리브덴, 그래파이트 등의 흑색계의 고체 윤활제를 함유하는 윤활제가 갖고 있는 작업 환경에서의 현저한 오염은 본 발명을 적용함으로써 없어진다.

또한, 내소부성을 발현하는 층상 점토 광물의 층간에 마찰 감소능을 발현하는 유기 화합물을 화학적인 결부에 의해 담지시키고 있기 때문에, 일반적인 윤활제 성분이 야기하는 금형 내에서의 유동에 의한 국소적인 퇴적이 발생하기 어렵고, 비누류나 왁스 등의 윤활제 성분을 사용하지 않아도 된다거나 최대한 줄일 수 있다는 효과로 이어진다.

그 결과, 윤활 찌꺼기의 원인이 되어 온 윤활제 성분을 다량으로 함유하고 있는 일반 소성 가공용 윤활제가 갖고 있는, 윤활 찌꺼기의 퇴적에 의한 성형 불량의 문제가 본 발명에 의해 개선된다.

본 발명의 윤활제는 결합제 성분 등과 함께 도료화한 후에, 주지된 수단인 도포, 침지 등을 행한 후 포함되어 있는 수분을 건조시킴으로써, 피가공재가 되는 금속 재료와 금형 등의 공구의 마찰 계면에 개재시킬 수 있다.

또한, 여기서 본 발명에서의 흑색계 및 비흑색계와 같은 외관에 대하여 정의한다.

색의 표현으로서 크게는 3가지 요소가 있으며, 색조를 나타내는 색상, 밝기를 나타내는 명도, 선명함을 나타내는 채도이다.

그 중에서 명도는 하얗게 되면 높은 값이 되고, 검게 되면 낮은 값이 되는 것처럼 오염의 관능적인 정도가 표현되기 쉬운 요소이며, 예를 들면 (재)도보꾸 겡뀨 센터가 행하고 있는 구조물의 방오 재료 평가 촉진 시험에서는 명도의 차를 오염 정도의 지표로서 이용하고 있다.

따라서, 이 명도가 낮은 재료가 비산될수록 현저한 오염이 된다고 생각되어, 이황화몰리브덴 및 그래파이트에 대하여 각각의 고체 윤활제 분말의 명도를 실제로 측정하였다.

측정은 고체 윤활제 분말을 유리 샬레에 적량 넣고 수직으로 압축하여 두께 2 mm로 한 시료에 대하여, 유리판을 투과시켜 색채 색차계를 이용하여 행하였다(코니카 미놀타 제조 CR-300, D65 광원, CAE Lab 표색계의 L값).

그 결과, 이황화몰리브덴이 약 45, 그래파이트가 약 40의 값이었다.

이로부터, 실용에 있어서 현저한 오염으로 되어 있는 이황화몰리브덴 및 그래파이트의 명도값보다 낮은 값, 즉 어두운 색의 외관에서는 당연히 오염이 눈에 띄는 재료가 되고, 반대로 명도가 높은, 즉 밝은 색의 외관이면 오염이 눈에 띄기 어려운 재료가 되는 것으로 생각된다.

따라서, 색상과 채도는 고려하지 않고 명도를 지표로 하여 명도 50 미만의 어두운 색을 「흑색계」로 하고, 명도 50 이상의 밝은 색을 「비흑색계」로 하였다.

(부과제를 해결하기 위한 수단)

피막 찌꺼기 발생은, 가공열에 의해 피막이 연화되어 금형에 점착되는 경우와, 소성 변형에 의해 피막이 탈락되어 금형에 부착되는 경우의 2 가지가 있다. 전자를 해결하기 위해서는, 가공열에 의해 점착화되기 쉬운 (C) 윤활 성분의 배합량을 제어할 필요가 있다. 또한, 후자를 해결하기 위해서는, 윤활 피막의 밀착성을 저해하는 (A) 유기 변성 점토 광물의 배합량을 제어할 필요가 있다. 구체적으로는, 제제의 조성에 있어서, (A) 유기 변성 점토 광물이 고형분비로 2 내지 5 질량％의 범위이고, (C) 윤활제 성분이 고형분비로 1 내지 10 질량％의 범위이도록 구성함으로써, 상기 부과제는 달성된다.

이상 설명한 바와 같이, 상기 주과제와 대응하는 효과로서, 양이온성의 유기 화합물을 층간에 담지한 유기 변성 점토 광물을 특정 비율로 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 비흑색계 소성 가공용 윤활제는 매우 우수한 내소부성, 마찰 감소능 양쪽의 성능을 발현할 수 있다. 본 발명의 적용에 의해, 종래부터 소성 가공용 윤활제가 갖고 있었던 문제점(흑색계 고체 윤활제 함유 윤활제의 작업 환경의 오염 문제, 및 윤활 찌꺼기의 퇴적에 의한 성형 불량 문제)의 해결로 이어진다는 효과를 발휘한다.

또한, 상기 부과제와 대응하는 효과로서 피막 찌꺼기의 발생을 최대한 방지할 수 있기 때문에, 정밀 단조를 생략하는 것이 가능해진다는 효과를 발휘한다.

도 1은 실시예(주과제와 대응하는 실시예)에서의 밀폐 압출 가공 시험에서 사용하는 밀폐 압출 가공 금형을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예(부과제와 대응하는 실시예)에서의 스파이크 테스트의 원리도와 단조 후 외관이다.
도 3은 실시예(부과제와 대응하는 실시예)에서의 업셋 단조-볼 아이어닝(ball ironing) 시험의 원리도와 시험 후 외관이다.

이하에 본 발명의 내용을 보다 상세히 설명한다.

≪소성 가공용 윤활제≫

(성분 A: 유기 변성 점토 광물)

ㆍ층상 점토 광물

본 발명에 관한 유기 변성 점토 광물의 한 원료인 층상 점토 광물은, 내소부성과 마찰 감소능을 부여하는 기재로서 작용하며, 층간의 윤활성을 향상시키는 양이온성 유기 화합물과의 이온 교환 반응이 가능한 교환성 양이온을 층간에 갖는 것이 이용된다.

상기 층상 점토 광물로서는, 스멕타이트(몬모릴로나이트, 베이델라이트, 논트로나이트, 사포나이트, 철 사포나이트, 헥토라이트, 소코나이트), 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트, 운모족, 취운모족 등의 천연품 또는 합성품으로부터 선택되는 적어도 1종이 예시되지만, 보다 바람직한 것으로서는 소립경의 합성 점토 광물이고, 그의 구체예로서는 합성 운모, 헥토라이트형의 합성 스멕타이트이다.

특히 헥토라이트형의 합성 스멕타이트는 입경이 작고, 마찰 계면에서 극도로 박막이 되는 윤활제 중에서 유지되기 쉬워 본 발명에 바람직하다.

헥토라이트형의 합성 스멕타이트의 일차 입자는 두께 약 1 nm의 이차 원소판, 즉 사각형 또는 원판상의 플레이트이며 플레이트면의 한 변 또는 직경은 20 내지 500 nm라고 생각되고 있으며, 두께 약 1 nm이며 20 내지 40 nm의 직경을 갖는 원판상 입자인 합성품이 판매되고 있다.

또한, 헥토라이트형의 스멕타이트의 합성에 대해서는, 예를 들면 일본 특허 공고 (소)61-12845호 공보, 일본 특허 공개 (평)5-279012호 공보 등에 개시되어 있는 수열(水熱) 합성 등을 들 수 있으며, 운모의 합성에 대해서는, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)6-298522호 공보 등에 개시되어 있는 탈크와 전이 금속 화합물, 규불화 알칼리를 열 처리함으로써 합성하는 방법 등을 들 수 있고, 각각 기성품으로서 존재하며 그 과정은 중요하지 않다.

여기서, 일반적인 층상 점토 광물과 그의 구조에 대하여 설명한다.

점토 광물은 점토를 구성하는 주성분 광물이며, 층상 규산염 광물(필로규산염 광물), 방해석(칼사이트), 고회석(돌로마이트), 장석류, 석영, 불석(제올라이트)류, 그 이외에 쇄상 구조를 갖는 것(아타풀자이트, 세피올라이트 등), 확실한 결정 구조를 갖지 않는 것(알로페인) 등이 점토 광물이라 불리고 있지만, 일반적으로는 그 중 층상 규산염 광물을 층상 점토 광물이라 부르고 있다.

층상 점토 광물은, 정부(正負)의 이온의 이차원적인 층이 평행하게 겹쳐 쌓여 결합하여 결정 구조를 형성하고 있으며, 이 층 구조 중에는 2개의 구조 단위, 하나는 Si⁴⁺와 이것을 둘러싼 O² ^-로 이루어지는 사면체층, 그 이외에는 Al³ ⁺(또는 Mg² ⁺, Fe² ⁺ 등)와 이것을 둘러싼 (OH)^-로 이루어지는 팔면체층으로 구성되어 있다.

사면체층 중에서는 사면체의 4개의 정점에 있는 O와 중심에 위치하는 Si에 의해 Si-O의 사면체가 형성되며, 이것이 3개의 정점에서 서로 연결되어 이차원적으로 확대되어, Si₄O₁₀의 조성을 갖는 층 격자를 형성하고 있다. Si⁴ ⁺는 종종 Al³ ⁺로 치환된다.

팔면체층 중에서는, 팔면체의 6개의 정점에 있는 (OH) 또는 O와 그의 중심에 위치하는 Al, Mg, Fe 등에 의해 형성된 팔면체가 각 정점에서 연결되어 이차원적으로 확대되어, Al₂(OH)₆ 또는 Mg₃(OH)₆의 조성을 갖는 층 격자를 형성하고 있다.

팔면체층에는, 6개의 음이온으로 둘러싸인 양이온의 격자점에 2가의 양이온(Mg² ⁺ 등)이 들어가 격자점의 전부를 차지하고 있는 3-팔면체형, 양이온의 격자점에 3가의 양이온(Al³ ⁺ 등)이 들어가 2/3를 차지하고, 나머지 1/3은 빈 곳이 되어 있는 2-팔면체형이 있다.

사면체층과 팔면체층의 조합에는 2종이 있으며, 하나는 1매의 사면체층과 1매의 팔면체층의 결합을 단위로 하는 1:1형 구조, 다른 하나 2매의 사면체층과 그의 사이에 끼워진 1매의 팔면체층의 결합을 단위로 하는 2:1형 구조가 있다.

사면체층에서 통상은 1개의 Si⁴ ⁺가 4개의 O 원자로 둘러싸여 안정된 배위를 취하고 있지만, 때때로 이 Si⁴ ⁺보다 약간 이온 반경이 큰 Al³ ⁺가 Si⁴ ⁺ 대신에 사면체층에 존재한다.

배위하는 O 원자의 수에는 변화가 없기 때문에, 하나의 Al³ ⁺가 Si⁴ ⁺를 치환할 때마다 사면체층에는 일 단위의 마이너스 전하를 발생한다.

마찬가지로 팔면체층에서도 Mg² ⁺, Fe² ⁺에 의한 Al³ ⁺, Fe³ ⁺의 치환에 따라 마이너스 전하를 발생한다.

이 마이너스 전하를 발생한 층은, Li⁺, K⁺, Na⁺, NH₄ ⁺, H₃O⁺, Ca² ⁺, Mg² ⁺, Sr² ⁺, Ba²⁺, Co² ⁺, Fe² ⁺, Al³ ⁺ 등의 양이온이 개재함으로써 전기적 중성이 되고, 층간에 이들 교환성 양이온이 존재하는 적층 구조가 된다.

ㆍ양이온성의 유기 화합물

본 발명에 관한 유기 변성 점토 광물의 한 원료인 양이온성의 유기 화합물(층간에 삽입, 담지되는 유기 화합물)은, 상기 층상 점토 광물의 층 간격을 증대시킴과 동시에 층간의 윤활성을 향상시키는 윤활제로서 우수한 효과를 나타낸다.

상기 유기 화합물로서는, 유기 암모늄 화합물, 유기 포스포늄 화합물, 유기 술포늄 화합물로부터 선택되는 적어도 1종의 양이온성 유기 화합물(유기기+양이온성기)을 들 수 있다. 여기서, 상기 유기 화합물이 갖는 유기기는 특별히 한정되지 않지만, 탄소수 1 내지 30의 직쇄상, 분지쇄상 또는 환상의(환식기를 가짐) 포화 탄화수소기 또는 불포화 탄화수소기가 바람직하다. 또한, 탄소쇄 또는 탄소환을 구성하는 탄소 원자에 결합되어 있는 수소 원자가 다른 치환기로 치환되어 있을 수도 있고, 탄소쇄 또는 탄소환을 구성하는 일부의 탄소 원자가 다른 원자(예를 들면, O나 S 등)로 치환되어 있을 수도 있고, 나아가서는 C-C쇄 사이에 다른 결합(예를 들면, 에스테르 결합, 에테르 결합)을 포함하고 있을 수도 있다. 바람직한 것으로서는, 마찰 감소능에 유리한 지방족 탄화수소기(적합하게는 탄소수 1 내지 30)와, 층간에서의 고정능에서 유리한 암모늄기로 구성되는 유기 암모늄 화합물이다. 여기서, 상기 유기 화합물을 층간에 도입할 때에 사용되는 유기 염류로서는, 염화물, 브롬화물, 아이오딘화물, 질화물, 불화물, 수산화물 등이 바람직하다. 특히 바람직한 유기 염류로서는, 부생된 염을 수세 제거하기 쉬운 4급 암모늄 염화물(카프릴트리메틸암모늄 염화물, 라우릴트리메틸암모늄 염화물, 스테아릴트리메틸암모늄 염화물, 디카프릴디메틸암모늄 염화물, 디라우릴디메틸암모늄 염화물, 디스테아릴디메틸암모늄 염화물 등)이다.

ㆍ층상 점토 광물/양이온성의 유기 화합물의 양비

각각의 층상 점토 광물이 갖는 양이온 교환 용량(CEC)의 0.8 내지 1.2 몰량의 양이온성의 유기 화합물을 이온 교환시키는 것이 바람직하다.

ㆍ유기 변성 점토 광물의 제조 방법

유기 변성 점토 광물의 제조 방법(층상 점토 광물의 층간에 유기 화합물을 삽입, 담지시키는 수단)으로서는, 주지된 기술인 점토 광물의 유기화에 의해 행해진다.

층상 점토 광물은 상기한 바와 같이, 층 구조 중의 마이너스 전하를 전기적 중성으로 유지하기 위해 층간에 양이온이 존재하는 적층 구조로 되어 있으며, 수상에 분산되면 층간의 양이온이 수화되어 입자가 팽윤하여 층소판(層小板)으로 분리된다.

이 상태에서 유기화제인 양이온성 유기염을 공존시켜 이온 교환 반응을 행하고, 부생된 염을 수세 제거, 건조, 분쇄함으로써 층간에 유기 화합물이 삽입, 담지된 유기 변성 점토 광물이 분체 재료로서 얻어진다.

본 발명에서의 층상 점토 광물의 층간에 있는 교환성 양이온의 종류는 수화나 치환의 용이성으로부터 Li⁺, Na⁺가 바람직하지만, 그 이외의 것도 이용할 수 있으며, 예를 들면 Ca² ⁺가 층간에 존재하는 층상 점토 광물의 경우에는, Na₂CO₃ 수용액 내에서 Na⁺와 치환하는 등의 전처리를 행하는 것과 같이 간접적으로 유기화를 행할 수 있다.

또한, 층상 점토 광물의 층간에 유기 화합물을 삽입한 유기 변성 점토 광물을 생성하는 수단에 대해서는, 예를 들면 일본 특허 공개 (평)2-267113호 공보, 일본 특허 공개 제2002-348365호 공보 등에서 그 수단을 들고 있고, 기성품으로서 존재하며 그 과정은 중요하지 않다.

또한, 물을 통하지 않고 직접 또는 유기 용제 중에서 삽입하는 방법이어도 상관없다.

ㆍ작용 메커니즘

본 발명에서의 층상 점토 광물의 층간에 담지된 유기 화합물은, 마이너스 전하로 대전된 플레이트면에 양이온기가 향하도록 흡착된 상태에서, 층간에서 유기쇄를 성장시킨 상태로 존재하고 있는 것으로 생각된다.

구체예로서, 암모늄기와 지방족 탄화수소기를 갖는 구조의 유기 화합물로서는, 암모늄기를 층상 점토 광물의 플레이트면을 향하도록 흡착시키고, 층간에서 지방족 탄화수소기를 성장시킨 상태가 되어, 지방족 탄화수소기가 윤활제 성분으로서 작용하여 층간이 매우 윤활되기 쉬워진다.

층간에 윤활제 성분이 담지되어 있음으로써, 비누류나 왁스류 등의 윤활제 성분을 사용하지 않아도 되거나 최대한 줄이는 형태로 마찰 감소능을 발현할 수 있어, 가공시에서의 금형 내에서의 유동에 의한 국소적인 윤활 찌꺼기의 퇴적은 일반적인 소성 가공용 윤활제와 비교하면 매우 발생하기 어려워지기 때문에, 윤활 찌꺼기의 퇴적에 의해 발생한 성형 불량의 문제는 개선된다.

본 발명의 유기 변성 점토 광물의 외관에 대하여, 구체예로서 디스테아릴디메틸암모늄 염화물로 유기 처리를 한 합성 헥토라이트 분말, 및 미처리된 합성 헥토라이트 분말을 상기와 동일한 방법으로 명도를 측정한 바, 모두 약 95였으며 비흑색계의 외관이기 때문에, 작업 환경의 오염 문제 개선을 목적으로 하는 본 발명에 적합한 외관이다.

층상 점토 광물과 유기 화합물을 조합한 사례로서, 「소성 가공용 이형제」(일본 특허 공개 (소)56-145994호 공보)에서는 운모 분말과 초류점 230℃ 이상의 납을 주성분으로 하는 혼합물(납/운모비=1.5 내지 9의 범위)이 본 발명과 동일한 목적으로 제안되어 있지만, 이것은 열간 단조시에 발생하는 납의 증기가 이형 성능을 발현하고 있어 층간을 윤활되게 하는 것으로서는 기재가 없고, 윤활제 성분을 다량으로 함유한 혼합물이기 때문에, 예를 들면 이 조성물을 냉간 단조에서 적용한 경우 윤활 찌꺼기는 발생하기 쉽다.

층상 점토 광물의 층간에 유기 화합물을 삽입한 재료에 대해서는 유기물 중에서의 특성 부여, 예를 들면 유기 용매 중에서의 팽윤성, 점성 부여, 또는 각종 유기물에 혼련함에 따른 기계적 물성의 향상, 배리어 효과 등이 주된 목적이다.

윤활 분야에서는 도료나 그리스에 있어서 점조제로서 일반적으로 이용되고 있지만, 층간의 유기 화합물이 유기 용매 중에서의 팽윤성을 부여하고 있는 것으로, 본 발명과는 유기 화합물의 작용이 상이하다.

또한, 「유기 점토 복합체 및 그의 제조 방법」(일본 특허 공개 제2006-52136호 공보)에서는, 층상 점토 광물의 층간에 유기 화합물을 삽입한 재료에 대하여, 고융점 고분자 재료와의 용융 혼련이나 중합 반응에 견디고, 유기 용매에 대하여 분산이나, 충분한 증점 효과를 발휘하는 내열성 충전재로서 제공하는 내용을 들고 있다.

여기서의 유기 화합물도 고분자 재료나 유기 용매와의 친화성을 목적으로 하여 선택되고 있으며, 본 발명의 유기 화합물의 작용과는 상이하다.

(성분 B: 결합제 성분)

본 발명의 윤활제로, (A) 유기 변성 점토 광물이나 기타 배합 성분을 금형과의 마찰 계면에 도입 유지하기 위한 피막 성분으로서 이용되는 (B) 결합제 성분으로서는, 황산염, 규산염, 붕산염, 몰리브덴산염, 바나듐산염, 텅스텐산염 등의 수용성 무기염, 말산염, 숙신산염, 시트르산염, 타르타르산염 등의 수용성 유기염, 아크릴계 수지, 아미드계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 우레탄계 수지 및 폴리말레산계 수지 등의 유기 고분자가 예시되지만 특별히 제한은 없으며, 요구 항목을 고려하여 선정된다.

(성분 C: 윤활제 성분)

본 발명의 윤활제로 이용되는 (C) 윤활제 성분으로서는, 비누류(스테아르산나트륨, 스테아르산칼륨, 올레산나트륨 등), 금속 비누류(스테아르산칼슘, 스테아르산마그네슘, 스테아르산알루미늄, 스테아르산바륨, 스테아르산리튬, 스테아르산아연, 팔미트산칼슘 등), 왁스류(폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 카르나우바 왁스, 밀랍, 파라핀 왁스, 미소결정질 왁스 등) 등으로부터 선택되는 적어도 1종을 적절하게 함유할 수 있다.

(성분 D: 기타 성분)

본 발명의 윤활제에는, 기타 성분으로서 이하에 기재한 것을 예로서 적절하게 선택하여 함유할 수 있다.

또한, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 그래파이트 등의 흑색계 고체 윤활제를 소량 배합하는 것은 본 발명의 목적을 손상시키지 않지만, 배합하는 양에 따라서는 작업 환경의 오염을 초래하기 때문에 고려가 필요하다.

ㆍ고체 윤활제

이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 그래파이트, 불화 흑연, 육방정 질화붕소(h-BN), 운모, 탈크, 탄산칼슘, 염기성 탄산마그네슘, 염기성 탄산아연, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 산화마그네슘, 인산칼슘, 인산아연, 트리폴리인산이수소알루미늄, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 멜라민시아누레이트, 아미노산 화합물 등

ㆍ극압 첨가제

황화올레핀, 황화에스테르, 술파이트, 티오카르보네이트, 염소화 지방산, 인산에스테르, 아인산에스테르, 몰리브덴디티오카르바메이트(MoDTC), 몰리브덴디티오포스페이트(MoDTP), 아연디티오포스페이트(ZnDTP) 등의 황계 극압 첨가제, 유기 몰리브덴계 극압 첨가제, 인계 극압 첨가제 및 염소계 극압 첨가제 등

ㆍ부식 억제제

아인산염, 지르코늄 화합물, 텅스텐산염, 바나듐산염, 텅스텐산염, 규산염, 붕산염, 탄산염, 아민류, 벤조트리아졸류, 킬레이트 화합물 등

ㆍ점도 조정제

히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아크릴산아미드, 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 스멕타이트계 점토 광물, 미분 실리카, 벤토나이트, 카올린 등

ㆍ오일류

식물유, 광물유, 합성유 등

ㆍ각 성분을 분산 또는 유화시키기 위한 각종 계면활성제나 고분자 분산제

비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 수용성 고분자 분산제 등

(액체 매체)

본 발명에 관한 윤활제의 액체 매체는, 적합하게는 물(예를 들면, 탈이온수, 순수(純水))이다. 또한, 액체 매체로서 물 이외의 다른 액체 매체를 함유하고 있을 수도 있고(예를 들면 알코올), 이 경우에는 액체 매체의 전체 질량을 기준으로서 10 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 제제는 건조 형태 또는 농축 형태일 수도 있다. 이 경우 현장에서 물로 희석하여 사용한다.

(조성)

이어서, 본 발명에 관한 윤활제 중에 포함되는 각 성분의 조성에 대하여 설명한다.

ㆍ성분 A의 함유량

본 발명의 윤활제는 상기 유기 변성 점토 광물을 고형분비로 5 내지 95 질량％의 범위로 함유하는데, 이 범위보다 적으면 윤활성 및 내소부성이 불충분하고, 이 범위보다 많아지면 상기 유기 변성 점토 광물을 피막 중에 유지시키는 것이 곤란 해져 내소부성을 발현할 수 없게 된다. 보다 바람직하게는, 상기 유기 변성 점토 광물이 고형분비로 10 내지 40 질량％의 범위이다.

ㆍ성분 A/성분 B의 함유비

본 발명의 윤활제는, (A) 유기 변성 점토 광물과 (B) 결합제 성분의 합계가 고형분비로 30 내지 100 질량％의 범위이고, (A)와 (B)의 질량비가 (A)/(B)=5/95 내지 95/5의 범위로 구성된다.

보다 바람직하게는, (A)와 (B)의 합계가 고형분비로 50 내지 90 질량％의 범위이고, (A)와 (B)의 질량비가 (A)/(B)=15/85 내지 65/35의 범위이다.

ㆍ성분 A/성분 C의 함유비(+성분 C의 함유량)

본 발명의 윤활제는, (A) 유기 변성 점토 광물과 (C) 윤활제 성분의 질량비가 (A)/(C)=25/75 내지 100/0의 범위이고, (C)가 고형분비로 0 내지 25 질량％의 범위로 구성된다.

(C)는 마찰 감소능을 보충하는 목적으로 함유할 수 있지만 윤활 찌꺼기의 원인이 되기 때문에, 최대한 소량으로 하는 것이 바람직하다.

≪소성 가공용 윤활제(특히 단조용 윤활제)≫

이상은 소성 가공 전반에 있어서의 설명이지만, 단조라는 용도, 특히 정밀 단조를 생략하는 것을 상정한 경우, 제는 하기 조성인 것이 바람직하다.

(성분 A 내지 성분 C)

단조용 윤활제는 소성 가공 전반에 있어서의 설명에서의 성분 A 내지 성분 C 중 어느 것의 조합이어도 되지만, 상기 용도를 고려한 경우에는, 성분 A로서 합성 스멕타이트 및/또는 합성 운모, 성분 B로서 수용성 무기염(규산염, 붕산염, 몰리브덴산염, 텅스텐산염) 및/또는 폴리말레산계 수지, 성분 C로서 금속 비누류 및/또는 왁스류의 조합이 특히 바람직하다. 또한, 성분 C로서는 폴리에틸렌 왁스 및/또는 폴리프로필렌 왁스가 특히 바람직하다.

(성분 A 및 성분 C의 양)

단조용 윤활제는, (성분 A) 유기 변성 점토 광물을 고형분비로 2 내지 5 질량％의 범위로 함유한다. 이 범위보다 적으면 내소부능이 불충분하다. 이 범위보다 많아지면 윤활 피막이 소성 변형에 의해 탈락되어 금형에 부착되기 쉬워지고, 성형성이 불충분해진다. 보다 바람직한 것은, 상기 유기 변성 점토 광물 성분이 고형분비로 2 내지 4 질량％의 범위이다. 또한, 단조용 윤활제는, (성분 C) 윤활제 성분을 고형분비로 1 내지 10 질량％의 범위로 함유한다. 이 범위보다 적으면 마찰 감소능이 불충분하다. 이 범위보다 많아지면 윤활 피막이 금형에 점착되고, 성형성이 불충분해진다. 보다 바람직한 것은, 상기 윤활제 성분이 고형분비로 5 내지 7 질량％의 범위이다.

(성분 A와 성분 C의 비)

단조용 윤활제에 있어서의 (A) 성분과 (C) 성분의 비{(A)/(C)}는 바람직하게는 2/10 내지 5/1이고, 보다 바람직하게는 2/7 내지 4/5이다.

≪소성 가공용 윤활제의 사용 방법ㆍ용도≫

본 발명의 윤활제는, 소성 가공용으로서 피가공재가 되는 금속 재료와 금형 등의 공구의 마찰 계면에 개재시키기 위한 수단은 상관없다.

본 발명의 윤활제를 피가공재가 되는 금속 재료 또는 금형 등의 공구에 대하여, 주지된 수단인 도포, 침지 등을 행한 후에 포함되어 있는 수분을 건조시킴으로써 마찰 계면에 개재시켜, 냉간 단조에 있어서 내소부성과 마찰 감소능을 부여할 수 있다.

또한, 본 발명의 윤활제를 피가공재가 되는 금속 재료와 금형 등의 공구의 마찰 계면에 개재시키기 전에, 내소부성을 대폭으로 높이는 등 필요에 따라 피가공재에 대하여 각종 바탕 처리를 실시할 수도 있다.

여기서의 바탕 처리로서는, 인산아연 처리, 인산철아연 처리, 인산칼슘아연 처리, 인산철 처리, 옥살산철 처리, 산화지르코늄 처리, 불화알루미늄 처리 등의 화성 피막 처리, 알칼리규산염 처리, 알칼리황산염 처리, 알칼리붕산염 처리, 유기산염류의 알칼리금속염 처리, 유기 고분자 피막 처리 등의 도포형 피막 처리가 예시되지만 특별히 제한은 없다.

본 발명에서 사용하는 금속 재료는, 본 발명의 조성물을 부착시키는 데 앞서서, 알칼리 세정, 산 세정, 샌드 블러스트 및 쇼트 블러스트로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 방법에 의해 청정화하는 것이 바람직하다.

이것은 금속 표면이 더러워져 있으면 상기 윤활제의 부착성에 악영향을 주고, 윤활성에 지장을 초래하기 때문이다.

최근, 환경 보전의 면에서 폐액을 발생시키지 않는 것이 요망되고 있는데, 이에 대해서는 블러스트 처리를 적용하면 폐수를 발생시키지 않고 금속 표면을 청정화할 수 있다.

본 발명에서 대상으로 하는 금속 재료는 재질면에서 특별히 한정되는 것은 아니지만, 철, 강철, 스테인리스강, 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 티탄, 티탄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금 등의 금속으로 이루어지는 금속 재료가 예시된다.

또한, 형상면에서 본 발명에서 대상으로 하는 금속 재료는 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 선재, 관재, 막대재, 블록재 등의 소재 뿐만 아니라, 형상물(기어나 샤프트 등)도 포함한다.

≪소성 가공용 윤활제를 이용하여 형성되는 윤활 피막≫

상기에 의해 형성되는 피막의 부착량은 0.1 내지 50 g/m²인 것이 필요하고, 0.5 내지 30 g/m²인 것이 바람직하고, 1 내지 25 g/m²인 것이 보다 바람직하다. 0.1 g/m² 미만이면, 윤활성이 불충분하고 소성 가공에 대하여 충분한 성능을 발휘할 수 없다. 50 g/m²를 초과하면 잉여분이 많아져, 금형에 윤활 피막의 찌꺼기가 퇴적되기 쉬워지고, 성형 불량의 요인이 되는 것 및 비용면에서도 바람직하지 않다.

≪실시예≫

이하에 본 발명에 대하여 몇 개의 실시예를 들어 그의 유용성을 비교예와 대비하여 나타낸다. 또한, 상기 주과제와 대응하는 실시예와 상기 부과제와 대응하는 실시예로 나누어 설명한다.

{1. 주과제와 대응하는 실시예}

실시예와 비교예의 처방에 대하여, (A) 내지 (D)의 성분 종류와 고형분비, 및 피막량을 표 1에 기재하였다. 그에 이어서, (A)의 제작 방법과 처리액 제작 방법의 상세를 기재하였다. 또한, 표 1에서의 비율은 질량부이다.

(A) 유기 변성 점토 광물

(B) 결합제 성분

(C) 윤활제 성분

(D) 기타 성분

≪(성분 A) 유기 변성 점토 광물의 제작 방법≫

(합성 운모(유기 A))

탈이온수 1000 ml에 합성 운모(코프 케미컬(주) 제조: 소마시프 ME-100; 교환성 양이온=Na⁺; CEC값=120 meq/100 g)를 50 g 첨가하여 균질기로 1시간 교반하여 수중에 분산시키고, 그 후 90℃로 가온하여 프로펠러 교반하면서 디스테아릴디메틸암모늄 염화물(카오(주) 제조: 코타민 D86P)을 유효 성분으로 36 g(CEC값의 1.0 몰량 상당) 첨가하였다. 그 후 교반을 1시간 계속하고, 생성된 불용성 입자를 여과지(5 C)를 이용하여 여과하고, 탈이온수로 세정을 한 후, 60℃ 온풍 건조로에서 16시간에 걸쳐서 건조시키고, 그 후 분쇄하여 합성 운모(유기 A)의 분말을 얻었다.

(합성 스멕타이트(유기 A))

탈이온수 1000 ml에 합성 스멕타이트(코프 케미컬(주) 제조: 루센타이트 SWN; 교환성 양이온=Na⁺; CEC값=101 meq/100 g)를 50 g 첨가하여 균질기로 1시간 교반하여 수중에 분산시키고, 그 후 90℃로 가온하여 프로펠러 교반하면서 디스테아릴디메틸암모늄 염화물(카오(주) 제조: 코타민 D86P)을 유효 성분으로 32 g(CEC값의 1.0 몰량 상당) 첨가하였다. 그 후 교반을 1시간 계속하고, 생성된 불용성 입자를 여과지(5 C)를 이용하여 여과하고, 탈이온수로 세정을 한 후, 60℃ 온풍 건조로에서 16시간에 걸쳐서 건조시키고, 그 후 분쇄하여 합성 스멕타이트(유기 A)의 분말을 얻었다.

(천연 몬모릴로나이트(유기 A))

탈이온수 1000 ml에 천연 몬모릴로나이트(호준(주) 제조: 벤겔 A; 교환성 양이온=Na⁺; CEC값=115 meq/100 g)를 50 g 첨가하여 균질기로 1시간 교반하여 수중에 분산시키고, 그 후 90℃로 가온하여 프로펠러 교반하면서 디스테아릴디메틸암모늄 염화물(카오(주) 제조: 코타민 D86P)을 유효 성분으로 27 g(CEC값의 1.0 몰량 상당) 첨가하였다. 그 후 교반을 1시간 계속하고, 생성된 불용성 입자를 여과지(5 C)를 이용하여 여과하고, 탈이온수로 세정을 한 후, 60℃ 온풍 건조로에서 16시간에 걸쳐서 건조시키고, 그 후 분쇄하여 천연 몬모릴로나이트(유기 A)의 분말을 얻었다.

(합성 스멕타이트(유기 B))

탈이온수 1000 ml에 합성 스멕타이트(코프 케미컬(주) 제조: 루센타이트 SWN; 교환성 양이온=Na⁺; CEC값=101 meq/100 g)를 50 g 첨가하여 균질기로 1시간 교반하여 수중에 분산시키고, 그 후 90℃로 가온하여 프로펠러 교반하면서 디올레일디메틸암모늄 염화물(라이온(주) 제조: 아카드 2O-75I)을 유효 성분으로 30 g(CEC값의 1.0 몰량 상당) 첨가하였다. 그 후 교반을 1시간 계속하고, 생성된 불용성 입자를 여과지(5 C)를 이용하여 여과하고, 탈이온수로 세정을 한 후, 60℃ 온풍 건조로에서 16시간에 걸쳐서 건조시키고, 그 후 분쇄하여 합성 스멕타이트(유기 B)의 분말을 얻었다.

(합성 스멕타이트(유기 C))

탈이온수 1000 ml에 합성 스멕타이트(코프 케미컬(주) 제조: 루센타이트 SWN; 교환성 양이온=Na⁺; CEC값=101 meq/100 g)를 50 g 첨가하여 균질기로 1시간 교반하여 수중에 분산시키고, 그 후 90℃로 가온하여 프로펠러 교반하면서 스테아릴트리메틸암모늄 염화물(카오(주) 제조: 코타민 86W)을 유효 성분으로 17 g(CEC값의 1.0 몰량 상당) 첨가하였다. 그 후 교반을 1시간 계속하고, 생성된 불용성 입자를 여과지(5 C)를 이용하여 여과하고, 탈이온수로 세정을 한 후, 60℃ 온풍 건조로에서 16시간에 걸쳐서 건조시키고, 그 후 분쇄하여 합성 스멕타이트(유기 C)의 분말을 얻었다.

(천연 몬모릴로나이트(유기 D))

탈이온수 1000 ml에 천연 몬모릴로나이트(호준(주) 제조: 벤겔 A; 교환성 양이온=Na⁺; CEC값=115 meq/100 g)를 50 g 첨가하여 균질기로 1시간 교반하여 수중에 분산시키고, 그 후 90℃로 가온하여 프로펠러 교반하면서 벤질트리페닐포스포늄 염화물을 유효 성분으로 22 g(CEC값의 1.0 몰량 상당) 첨가하였다. 그 후 교반을 3 시간 계속하고, 생성된 불용성 입자를 여과지(5 C)를 이용하여 여과하고, 탈이온수로 세정을 한 후, 60℃ 온풍 건조로에서 16시간에 걸쳐서 건조시키고, 그 후 분쇄하여 천연 몬모릴로나이트(유기 D)의 분말을 얻었다.

(합성 운모(유기 D))

탈이온수 1000 ml에 합성 운모(코프 케미컬(주) 제조: 소마시프 ME-100; 교환성 양이온=Na⁺; CEC값=120 meq/100 g)를 50 g 첨가하여 균질기로 1시간 교반하여 수중에 분산시키고, 그 후 90℃로 가온하여 프로펠러 교반하면서 벤질트리페닐포스포늄 염화물을 유효 성분으로 23 g(CEC값의 1.0 몰량 상당) 첨가하였다. 그 후 교반을 3 시간 계속하고, 생성된 불용성 입자를 여과지(5 C)를 이용하여 여과하고, 탈이온수로 세정을 한 후, 60℃ 온풍 건조로에서 16시간에 걸쳐서 건조시키고, 그 후 분쇄하여 합성 운모(유기 D)의 분말을 얻었다.

≪실시예의 처리액 제작 방법≫

(실시예 1)

탈이온수 77.4 g을 프로펠러 교반하면서 사붕산칼륨을 16.8 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.2 g, 제작한 합성 운모(유기 A)를 1.6 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리에틸렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 4 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 2)

탈이온수 58.1 g을 프로펠러 교반하면서 에폭시 수지 수용액(아라카와 가가꾸 고교(주) 제조)을 24.2 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 C)를 3 g, 탄산칼슘을 6 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후 프로펠러 교반하면서 스테아르산아연 에멀전(추쿄 유시(주) 제조)을 8.3 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 3)

탈이온수 76.2 g을 프로펠러 교반하면서 시트르산나트륨을 13 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.2 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 C)를 3 g, 인산아연을 2 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 스테아르산아연 에멀전(추쿄 유시(주) 제조)을 5.6 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 4)

탈이온수 79.8 g을 프로펠러 교반하면서 사붕산칼륨을 17 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.2 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 C)를 3 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 5)

탈이온수 75.1 g을 프로펠러 교반하면서 규산나트륨을 8 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 A)를 5 g, 멜라민시아누레이트(사카이 가가꾸 고교(주) 제조)를 4 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리프로필렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 7.5 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 6)

탈이온수 28.2 g을 프로펠러 교반하면서 스티렌-무수 말레산 수지 수용액(니치유 솔루션(주) 제조)을 60 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.2 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 A)를 5 g, 미처리된 합성 스멕타이트(코프 케미컬(주) 제조)를 1 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후 프로펠러 교반하면서 스테아르산아연 에멀전(추쿄 유시(주) 제조)을 5.6 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 7)

탈이온수 73.4 g을 프로펠러 교반하면서 규산나트륨을 5 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 B)를 7 g, 탄산칼슘을 4 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 파라핀왁스 에멀전(닛본 세이로(주) 제조)을 10 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 8)

탈이온수 77.6 g을 프로펠러 교반하면서 사붕산칼륨을 9 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 B)를 7 g, 수산화마그네슘을 2 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 스테아르산칼슘 에멀전(킨다이 가가꾸 고교(주) 제조)을 4 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 9)

탈이온수 74.9 g을 프로펠러 교반하면서 바나듐산나트륨을 4 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 제작한 합성 운모(유기 A)를 9 g, 탈크(닛본 탈크(주) 제조)를 4 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리에틸렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 7.5 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 10)

탈이온수 79.4 g을 프로펠러 교반하면서 숙신산나트륨을 7 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 제작한 합성 운모(유기 A)를 9 g, 미처리된 합성 운모(코프 케미컬(주) 제조)를 2 g, 스테아르산리튬을 2 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 11)

탈이온수 35.6 g을 프로펠러 교반하면서 이소부틸렌-무수 말레산 수지 수용액(쿠라레(주) 제조)을 55 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 합성 운모(유기 A)를 9 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 12)

탈이온수 76.6 g을 프로펠러 교반하면서 폴리아미드 수지(도레이(주) 제조)를 5 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 천연 몬모릴로나이트(유기 A)를 11 g, 탄산칼슘을 2 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리프로필렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 5 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 13)

탈이온수 79.4 g을 프로펠러 교반하면서 타르타르산나트륨을 7 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 B)를 11 g, 층상 구조 아미노산 화합물(아지노모또(주) 제조)을 2 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 14)

탈이온수 79.4 g을 프로펠러 교반하면서 몰리브덴산암모늄을 5 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 A)를 13 g, 스테아르산바륨을 2 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 15)

탈이온수 68.6 g을 프로펠러 교반하면서 폴리우레탄 수지 수용액(아데카(주) 제조)을 13.3 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 C)를 15 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 미소결정질 왁스 에멀전(닛본 세이로(주) 제조)을 2.5 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 16)

탈이온수 88.2 g을 프로펠러 교반하면서 사붕산칼륨을 3.5 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.3 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 A)를 3.5 g, 수산화마그네슘을 1.5 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 스테아르산칼슘 에멀전(킨다이 가가꾸 고교(주) 제조)을 3 g 첨가하여, 농도 약 10％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 17)

탈이온수 53.2 g을 프로펠러 교반하면서 숙신산나트륨을 14 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.8 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 B)를 18 g, 인산아연을 4 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리에틸렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 10 g 첨가하여, 농도 약 40％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 18)

탈이온수 35.8 g을 프로펠러 교반하면서 페놀 수지 수용액(고니시 가가꾸 고교(주) 제조)을 6.7 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 합성 운모(유기 A)를 18 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 19)

탈이온수 77.8 g을 프로펠러 교반하면서 사붕산칼륨을 9 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 천연 몬모릴로나이트(유기 D)를 9 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 스테아르산칼슘 에멀전(킨다이 가가꾸 고교(주) 제조)을 3.8 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(실시예 20)

탈이온수 76.6 g을 프로펠러 교반하면서 규산나트륨을 11 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 합성 운모(유기 D)를 7 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리에틸렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 5 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

≪비교예의 처리액 제작 방법≫

(비교예 1)

탈이온수 12.4 g을 프로펠러 교반하면서 스티렌-무수 말레산 수지 수용액(니치유 솔루션(주) 제조)을 80 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.2 g, 제작한 합성 운모(유기 A)를 0.6 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 스테아르산칼슘 에멀전(킨다이 가가꾸 고교(주) 제조)을 6.8 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 2)

탈이온수 79.6 g을 프로펠러 교반하면서 사붕산칼륨을 0.6 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 제작한 합성 스멕타이트(유기 B)를 19.4 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 3)

탈이온수 35.6 g을 프로펠러 교반하면서 이소부틸렌-무수 말레산 수지 수용액(쿠라레(주) 제조)을 55 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 미처리된 합성 운모(코프 케미컬(주) 제조)를 9 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 4)

탈이온수 48.8 g을 프로펠러 교반하면서 이소부틸렌-무수 말레산 수지 수용액(쿠라레(주) 제조)을 30 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.2 g, 미처리된 합성 운모(코프 케미컬(주) 제조)를 6 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리에틸렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 15 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 5)

탈이온수 79.4 g을 프로펠러 교반하면서 시트르산나트륨을 6 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 멜라민시아누레이트(사카이 가가꾸 고교(주) 제조)를 7 g, 스테아르산바륨을 7 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켜, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 6)

탈이온수 42.3 g을 프로펠러 교반하면서 이소부틸렌-무수 말레산 수지 수용액(쿠라레(주) 제조)을 30 g, 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.2 g, 인산아연을 5 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 폴리에틸렌 왁스 에멀전(미쓰이 가가꾸(주) 제조)을 22.5 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 7)

탈이온수 75.6 g을 프로펠러 교반하면서 타르타르산나트륨을 8 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, PTFE(스미토모 3M (주) 제조)를 8 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 스테아르산칼슘 에멀전(킨다이 가가꾸 고교(주) 제조)을 8 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 8)

탈이온수 72.1 g을 프로펠러 교반하면서 규산나트륨을 5 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.4 g, 이황화몰리브덴을 10 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 파라핀 왁스 에멀전(닛본 세이로(주) 제조)을 12.5 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

(비교예 9)

탈이온수 47.7 g을 프로펠러 교반하면서 폴리우레탄 수지 수용액(아데카(주) 제조)을 30 g 첨가하고, 60℃로 가온하여 용해시켰다. 그 후 실온에서 프로펠러 교반하면서 비이온성 계면활성제(신에쓰 가가꾸 고교(주) 제조)를 0.6 g, 그래파이트를 5 g 첨가하고, 이 액을 균질기로 1시간 교반하여 액 중에 분산시켰다. 그 후, 프로펠러 교반하면서 스테아르산아연 에멀전(추쿄 유시(주) 제조)을 16.7 g 첨가하여, 농도 약 20％의 처리액 100 g을 얻었다.

≪시험 방법≫

(밀폐 압출 가공 시험)

<시험편 소재>

SAE1008(인장 강도 488 MPa)의 원주상(직경 11.8 mmφ×20 mm)

<처리 공정>

■ 청정화: 알칼리 탈지, 시판의 알칼리 탈지제(파인클리너 4360, 니혼 파커라이징(주) 제조) 농도 20 g/L, 온도 60℃, 침지 10분으로 행하였다.

■ 수세: 수돗물, 상온, 침지 1분으로 행하였다.

■ 표면 처리: 각 수준의 약제에 시험편을 침지 도포하고, 100℃, 30분의 조건으로 건조시켰다.

<가공 조건>

도 1에 나타내는 밀폐 압출 가공 금형을 이용하여 서보 프레스(servo press)로 시험편의 압출 가공을 행하고, 이 때의 가공 하중에 대하여 소성 가공용 화성 처리(인산아연 화성 피막 위에 비누 윤활 처리를 행한 것, 이하 본데라 칭함)와 비교함으로써 윤활성의 평가를 행하였다.

<평가 기준>

ㆍ윤활성

◎: 평균 가공 하중이 본데 이하

○: 평균 가공 하중이 본데와 동등 내지 10％ 증가 이하

△: 평균 가공 하중이 본데의 10％ 초과 내지 20％ 증가 이하

×: 평균 가공 하중이 본데의 20％ 초과

≪스파이크 테스트≫

<시험편 소재>

S45C 구상화 소둔재의 원주상(직경 25 mmφ, 높이 30 mm)

<처리 공정>

■ 수세: 수돗물, 상온, 침지 1분으로 행하였다.

<가공 조건>

일본 특허 공개 (평)5-7969호 공보의 발명에 준하여, 200톤 크랭크 프레스를 이용하여 상부에 구속 마무리된 평면 금형(SKD11), 하부에 경면 마무리된 깔때기 형상 금형(SKD11)을 세팅하고, 하부 금형의 중심에 시험편을 놓고 상측으로부터 부딪쳤다(가공 속도는 30 스트로크/분). 가공 후의 시험편의 스파이크 선단부의 소부 정도를 관찰하여 내소부성을 평가하였다.

<평가 기준>

ㆍ내소부성

가공 후의 시험편의 스파이크 선단부를 관찰하여 소부 유무를 평가한다.

○: 소부 없음

△: 미소한 소부

×: 심한 소부

≪업셋 단조 가공 시험≫

<시험편 소재>

S45C 구상화 소둔재의 원주상(직경 25 mmφ, 높이 30 mm)

<처리 공정>

■ 수세: 수돗물, 상온, 침지 1분으로 행하였다.

■ 표면 처리: 각 수준의 약제에 시험편을 침지 도포하고, 100℃ 설정의 온풍 전기로에서 1시간 건조시켰다(비교예 2의 표면 처리는 수준의 항목에 기재된 방법으로 행하였다).

<가공 조건>

200톤 크랭크 프레스를 이용하여, 상부 및 하부 모두 경면 마무리된 평면 금형(SKD11)을 세팅하고, 하부 금형의 중심에 시험편을 놓고 압축률이 약 50％가 되도록 상측으로부터 부딪쳤다(가공 속도는 30 스트로크/분). 3개의 시험편을 연속하여 가공하고, 하부 금형에 퇴적된 윤활 찌꺼기의 정도를 관찰하여 평가를 행하였다.

<평가 기준>

ㆍ내윤활 찌꺼기성

가공 후의 하부 금형에 퇴적된 윤활 찌꺼기를 관찰하여 평가한다.

○: 퇴적이 거의 없거나, 또는 적어서 용이하게 탈락

△: 퇴적이 약간 많지만 제거하기 쉬움

×: 퇴적이 많고, 융착의 기미가 있음

≪작업 환경성 평가≫

상기 각 가공 시험에서 작업시의 금형 주변의 오염 상황을 관찰하였다.

<평가 기준>

ㆍ작업 환경성

○: 눈에 띄는 오염은 거의 없거나, 또는 가벼운 정도임

×: 검다는 등 눈에 띄는 오염이 발생함

이상의 시험의 결과를 표 2에 나타낸다.

본 발명을 이용한 실시예 1 내지 20은 실용 수준의 윤활성, 내소부성을 발현하고 있으며, 가공시에 발생하는 윤활 찌꺼기도 적다는 것을 알 수 있다.

비교로서, 상기 유기 변성 점토 광물이 적은 비교예 1에서는 윤활성과 내소부성이 뒤떨어지고, 지나치게 많은 비교예 2에서는 성분의 탈락에 의해 내소부성과 내윤활 찌꺼기성이 뒤떨어진다.

유기 화합물이 삽입되어 있지 않은 층상 점토 광물을 함유한 비교예 3에서는 윤활성이 뒤떨어지고, 그것을 보충하도록 윤활제 성분을 함유한 비교예 4에서는 내윤활 찌꺼기성이 뒤떨어진다.

일반적인 고체 윤활제와 윤활제 성분의 조합인 비교예 5 내지 7은 윤활성, 내소부성의 평가와 내윤활 찌꺼기성의 평가가 상반된 경향이었다.

흑색계 고체 윤활제를 이용한 비교예 7 및 8은 윤활성, 내소부성은 양호하지만, 당연히 금형 주변은 검게 오염되는 상태가 되었다.

{2. 부과제와 대응하는 실시예}

표 3은, 성분 A 내지 C의 조합을 변경했을 때의 스파이크 테스트에서의 판정 결과(마찰 감소능)의 일례를 나타낸 것이다. 또한, 윤활 피막의 부착량을 10 g/m²로 하였다(다른 시험도 동일하다). 여기서 도 2는 본 예에서의 스파이크 테스트의 원리도와 단조 후 외관이다. 또한, 제의 제조 방법 등, 특기하지 않은 사항은 「1. 주과제와 대응하는 실시예」에 준하여 실시하였다. 이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, 마찰 감소능에 대해서는 A 성분으로서 합성 운모 또는 몬모릴로나이트, B 성분으로서 사붕산칼륨, 텅스텐산나트륨 또는 몰리브덴산나트륨, C 성분으로서 폴리에틸렌 왁스의 조합이 특히 양호하다는 것이 확인되었다. 또한, 이 결과로부터, 왁스를 하한값으로서 1 질량％ 함유하고 있으면 마찰 감소능이 담보된다는 것을 알 수 있었다. 또한, 이하에서는 이들 양호한 조합 중, 일례로서 A 성분으로서 합성 운모, B 성분으로서 사붕산칼륨, C 성분으로서 폴리에틸렌 왁스에 대한 시험 결과를 기재한다. 또한, 이후의 표 중, 「％」는 특기하지 않는 한 「질량％」를 나타낸다.

표 4는, 합성 운모를 3 질량％로 고정한 후 폴리에틸렌 왁스의 고형분비를 변경했을 때의 금형에 대한 찌꺼기 전착량(轉着量)을 검증한 결과를 나타낸 것이다(업셋 단조 시험). 이 결과로부터, 상한값으로서 10 질량％까지이면 왁스를 함유하고 있어도 금형에 대한 찌꺼기 전착량 감소를 담보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 표 5는 폴리에틸렌 왁스를 5 질량％로 고정한 후 합성 운모의 고형분비를 변경했을 때의 피막 찌꺼기의 탈락되기 어려움을 검증한 결과를 나타낸 것이다(구속 업셋 단조 시험(업셋 단조-볼 아이어닝 시험)). 여기서, 도 3은 본 예에서의 업셋 단조-볼 아이어닝 시험의 원리도와 시험 후 외관이다. 이 결과로부터, 상한값으로서 5 질량％까지이면 유기 변성 점토 광물을 함유하고 있어도 피막 찌꺼기의 탈락되기 어려움을 담보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 표 6은 폴리에틸렌 왁스를 5 질량％로 고정한 후 유기 변성 점토 광물 함유량을 변경했을 때의 업셋 단조-볼 아이어닝 시험에서의 판정 결과(내소부능)를 나타낸 것이다. 이 결과로부터, 유기 변성 점토 광물을 하한값으로서 2 질량％ 함유하고 있으면 내소부능을 담보할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

Claims

층상 점토 광물의 층간에 양이온성의 유기 화합물을 담지한 유기 변성 점토 광물을 고형분비로 5 내지 95 질량％의 범위로 함유하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액이며, 상기 윤활액을 구성하는 액체가 물인 (여기서, 물 이외의 다른 액체 매체를 상기 액체의 전체 질량을 기준으로서 10 질량％ 이하 함유할 수도 있음) 것을 특징으로 하는 소성 가공용 윤활액.
제1항에 있어서, 층상 점토 광물이 스멕타이트, 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트, 운모족, 취운모족의 천연품 또는 합성품으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제2항에 있어서, 층상 점토 광물이 합성 스멕타이트, 합성 운모로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제1항에 있어서, 상기 층간에 담지한 유기 화합물이 유기 암모늄염류, 유기 포스포늄염류, 유기 술포늄염류로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제4항에 있어서, 상기 층간에 담지한 유기 화합물이 지방족의 4급 암모늄염류로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제1항에 있어서, (A) 유기 변성 점토 광물과 (B) 결합제 성분의 합계가 고형분비로 30 내지 100 질량％의 범위이며, (A)와 (B)의 질량비가 (A)/(B)=5/95 내지 95/5의 범위인 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제6항에 있어서, (B) 결합제 성분이 황산염, 규산염, 붕산염, 몰리브덴산염, 바나듐산염, 텅스텐산염의 수용성 무기염, 말산염, 숙신산염, 시트르산염, 타르타르산염의 수용성 유기염, 아크릴계 수지, 아미드계 수지, 에폭시계 수지, 페놀계 수지, 우레탄계 수지, 폴리말레산계 수지의 유기 고분자로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제1항에 있어서, (C) 윤활제 성분이 고형분비로 0 내지 25 질량％의 범위이며, (A) 유기 변성 점토 광물과 (C)의 질량비가 (A)/(C)=25/75 내지 100/0의 범위인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제8항에 있어서, (C) 윤활제 성분이 비누류, 금속 비누류, 왁스류로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제1항에 있어서, 피가공재가 되는 금속 재료가 철강, 스테인리스, 알루미늄 및 알루미늄 합금, 티탄 및 티탄 합금, 구리 및 구리 합금, 마그네슘 및 마그네슘 합금인 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 적용되는 가공법이 냉간 단조인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활액.
층상 점토 광물의 층간에 양이온성의 유기 화합물을 담지한 유기 변성 점토 광물을 고형분비로 2 내지 5 질량％의 범위로 함유하며, 윤활제 성분을 고형분비로 1 내지 10 질량％의 범위로 함유하는 단조용 윤활액이며, 상기 윤활액을 구성하는 액체가 물인 (여기서, 물 이외의 다른 액체 매체를 상기 액체의 전체 질량을 기준으로서 10 질량％ 이하 함유할 수도 있음) 것을 특징으로 하는 단조용 윤활액.