KR101674413B1 - 개질된 지방산을 이용한 자기유화형 친환경 윤활기유를 포함하는 수용성 절삭유 조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개질된 지방산을 이용한 자기유화형 친환경 윤활기유를 포함하는 수용성 절삭유 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폴리옥시알킬렌알킬에테르(polyoxyalkylene alkyl ether)를 사용하여 개질한 축합물을 윤활기유로 사용한 수용성 절삭유는 종래의 수용성 윤활유에 비하여 윤활성이 우수하고, 제조원가가 낮으며, 구성성분 및 제조공정이 단순하고, 자기 유화성을 나타내낸다. 별도로 석유계 윤활기유인 광유를 사용할 필요가 없고, 소량의 첨가제 사용만으로 우수한 유화 안정도를 나타내며, 마찰계수 및 내마도가 낮으므로 우수한 윤활 성능을 나타내는 친환경적인 수용성 절삭유로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 압연유, 소성가공유, 금속표면처리제 등의 산업용 윤활유로도 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 개질된 지방산을 이용한 자기유화형 친환경 윤활기유를 포함하는 수용성 절삭유 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
윤활기유(base oil)는 석유계 원유를 분리, 정제하여 사용되어 왔으나, 윤활기유의 성능 및 친환경 문제가 대두되면서 윤활기유로 식물성 오일 및 합성 에스테르(특허문헌 1: 한국등록특허 10-0486624), 또는 고급 지방산(특허문헌 2: 한국등록특허 10-0665790) 등을 사용하는 연구가 진행되었고, 이를 상업적으로 적용하였다.
특허문헌 1은 식물성 오일 및 합성 에스테르 화합물로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 하나 이상의 윤활기유 10~70 중량% 및 이온교환수 5~55 중량%에 첨가제 25~35 중량%를 첨가하여 제조하는 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물에 관하여 개시하고 있다.
특허문헌 2는 식물유 30~60중량%, 포화 및 불포화 지방산 5~25중량%, 이염기 지방산 0.1~5중량%, 안식향산 나트륨 0.5~3중량%, 아마이드계 방청제 1~10중량%, 알코올계 용매 3~20중량%, pH 조정제 0.1~1.5중량%, 천연 계면활성제 3~7중량%, 부식방지제 0.1~0.5중량%, 산화방지제 0.1~1중량%, 미생물 억제제 0.5~3중량%를 증류수에 배합하여 조성된 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물에 관하여 개시하고 있다.
이러한 천연계 합성 에스테르는 비교적 분자량이 작아 절삭가공 시에 연무(mist)가 발생하거나 윤활성이 부족한 현상과 반복 사용에 의한 미생물 오염으로 인하여 절삭유가 부패하는 문제가 있었다.
상기 문제점을 해소하기 위하여, 분자간 에스테르화 반응을 통하여 분자량이 높은 에스테르를 생성하는 리시놀레산(ricinoleic acid) 축합물이 사용되고 있다. 상기 축합물은 현재 국내 수용성 절삭유에 가장 광범위하게 사용되고 있지만, 천연계인 리시놀레산의 작황으로 인해 가격 변동 폭이 크고, 원산지의 수급상황에 따른 안정적인 원료 공급 측면에서 종종 문제가 발생되고 있다.
따라서, 본 발명자들은 리시놀레산 축합물 등에 비하여 우수한 성능과 경제성을 동시에 만족하는 천연계 개질 지방산을 사용한 축합물을 윤활기유로 사용할 수 있음을 알아내고(특허문헌 3: 한국등록특허 10-1515983호), 이를 수용성 절삭유 조성물의 윤활기유로 사용하였을 경우 종래의 리시놀레산을 윤활기유로 포함하는 수용성 절삭유 조성물에 비하여 윤활 성능 및 유화안정도가 현저히 향상되는 것을 확인하였다.
그러나 상기 특허 문헌에 예시된 합성 에스테르계 윤활기유를 사용하여 제조된 수용성 절삭유에는 합성 에스테르계 윤활기유 외에 다량의 석유계 윤활기유인 광유(base oil)를 사용하고 있으며, 이를 수용화하기 위하여 비이온계 및 음이온계 유화제를 추가로 사용해야 하는 근본적인 문제가 있다. 이외 윤활첨가제, 분산제, pH 조절제, 스컴방지제, 방청제, 방부제, 소포제 등의 원료가 많게는 20 여가지가 사용 되는데, 이것은 절삭유의 제조 단가의 상승과 공정의 복잡성을 초래하고, 사용 원료의 적기 수급 및 제조 로트별 재현성 확보 등에 문제가 발생할 수 있으며 이는 절삭유 최종 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
이에, 본 발명자들은 현재 광범위하게 사용되는 천연계 윤활기유에 비하여 우수한 성능 및 경제성, 절삭유 완제품 제조의 단순화를 동시에 만족하는 윤활기유를 연구하던 중, 본 발명에 따른 폴리옥시알킬렌알킬에테르(polyoxyalkylene alkyl ether)를 사용하여 개질한 축합물이 윤활기유로 사용될 수 있음을 알아내고, 이를 수용성 절삭유 조성물의 윤활기유로 사용하였을 경우 자기유화성을 나타내어 종래의 수용성 절삭유에 비하여 그 구성 성분이 간단하고, 윤활 성능이 현저히 향상되는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 폴리옥시알킬렌알킬에테르(polyoxyalkylene alkyl ether)를 사용하여 개질한 축합물을 윤활기유로 사용한 자기유화형 수용성 절삭유를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용성 절삭유 조성물을 제공한다:
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
a는 0 - 36의 정수이고; b1은 1 - 19의 정수이고; b2는 0 - 18의 정수이고; c1은 1 - 19의 정수이고; c2는 0 - 18의 정수이고; d는 0 - 8의 정수이고; n은 2 - 45의 정수이고;
R1은 수소 또는 직쇄 또는 측쇄의 C1- 8알킬이고;
R2는 수소 또는 메틸이고, 반복단위(
)에서 R2는 동일 또는 상이할 수 있고; 및
괄호 안의 
, 
, 
및 
의 배열은 랜덤 형태이다).
본 발명에 따른 폴리옥시알킬렌알킬에테르(polyoxyalkylene alkyl ether)를 사용하여 개질한 축합물을 윤활기유로 사용한 수용성 절삭유는 종래의 절삭유에 비하여 윤활성이 우수하고, 제조원가가 낮으며, 구성성분 및 제조공정이 단순하고, 자기 유화성을 나타낸다. 따라서, 별도로 석유계 윤활기유인 광유나 유화제를 사용할 필요가 없고, 소량의 첨가제 사용만으로 우수한 유화 안정도를 나타내고, 마찰계수 및 내마도가 낮음으로, 우수한 윤활 성능을 나타내는 친환경적인 수용성 절삭유로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 압연유, 소성가공유, 금속표면처리제 등의 산업용 윤활유로도 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비교예 1 및 3, 실시예 4 및 5의 스틸 블록(steel block)에서 윤활 성능을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 비교예 1 및 3, 실시예 4 및 5의 알루미늄 블록(aluminum block)에서 윤활 성능을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 비교예 1 및 3, 실시예 4 및 5의 알루미늄 블록(aluminum block)에서 윤활 성능을 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용성 절삭유 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
a는 0 - 36의 정수이고; b1은 1 - 19의 정수이고; b2는 0 - 18의 정수이고; c1은 1 - 19의 정수이고; c2는 0 - 18의 정수이고; d는 0 - 8의 정수이고; n은 2 - 45의 정수이고;
R1은 수소 또는 직쇄 또는 측쇄의 C1- 8알킬이고;
R2는 수소 또는 메틸이고, 반복단위(
)에서 R2는 동일 또는 상이할 수 있고; 및
괄호 안의 
, 
, 
및 
의 배열은 랜덤 형태이다.
이하, 본 발명에 따른 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용성 절삭유 조성물에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 특히 한정되는 것은 아니나,
하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 화학식 2로 표시되는 개질 지방산 축합물에 화학식 3으로 표시되는 화합물과 축합 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 제조방법; 또는
하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 화학식 2로 표시되는 개질 지방산 축합물을 화학식 4로 표시되는 화합물과 중합 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 제조방법; 으로 제조할 수 있다.
[반응식 1]
[반응식 2]
상기 반응식 1 및 2에서,
a, b1, b2, c1, c2, d, n 및 R2는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같고;
화학식 1 및 2에서 괄호 안의 
, 
, 
및 
의 배열은 랜덤 형태이고;
반응식 1에서, R1은 수소 또는 직쇄 또는 측쇄의 C1- 8알킬이고; 및
반응식 2에서, 화학식 1a로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1에서, R1이 수소인 화학식 1로 표시되는 화합물의 유도체이다.
이하, 상기 반응식 1 및 2로 표시되는 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
상기 제조방법에 있어서, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 특히 한정되는 것은 아니나, 한국등록특허 10-1515983에 개재된 방법으로 제조할 수 있다.
구체적으로, 하나 이상의 탄소-탄소 이중결합과 말단에 카르복실기를 갖는 천연계 불포화지방산을 과산화수소와 함께 반응시켜 상기 천연계 불포화지방산의 탄소-탄소 이중결합 일부 또는 전체를 에폭시화하여 에폭시화-지방산을 생성하고, 연속적으로 상기 에폭시화-지방산이 고리열림 반응하여 2 이상의 하이드록시기가 치환된 하이드록시화-지방산을 제조하는 단계(단계 1); 및
상기 단계 1에서 얻은 하이드록시화-지방산이 서로 축합 반응하거나, 또는 상기 단계 1의 출발물질인 천연계 불포화지방산과 단계 1에서 얻은 하이드록시화-지방산이 서로 축합 반응하여 축합물을 제조하는 단계(단계 2);를 포함하는 제조방법으로 제조할 수 있다.
또한, 상기 제조방법에 있어서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 특히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 100 내지 2000의 분자량을 가지는 화합물을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 400 내지 1000의 분자량을 가지는 화합물을 사용할 수 있으며, 서로 다른 분자량을 가지는 화합물을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 100 미만의 분자량을 가질 경우, 친수성의 부족으로 자기유화성을 나타낼 수가 없고, 2000 초과의 분자량을 가질 경우, 분자량의 증가로 인해 반응물이 고체가 될 뿐만 아니라 친수성 성분의 증가로 인해 금속표면의 윤활성이 상대적으로 감소하는 문제가 있다.
나아가, 상기 제조방법에 있어서, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 사용량은 특히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 화학식 2로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 5 - 100 중량부로 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 100 - 500 분자량일 경우, 화학식 2로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 5 - 50 중량부로 사용하는 것이 바람직하고; 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 500 - 1000 분자량일 경우, 화학식 2로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 10 - 70 중량부로 사용하는 것이 바람직하고; 상기 화학식 3으로 표시되는 화합물이 1000 - 2000 분자량일 경우, 화학식 2로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 20 - 100 중량부로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물의 사용량이 위에 나타낸 각각의 분자량에 따른 바람직한 사용량 범위 미만으로 사용하는 경우, 본 발명의 목적에 따른 자기유화성을 나타내는 수용성 절삭유를 제조할 수 없으며, 상기 수용성 절삭유 제조 공정을 단순화 시키는 장점을 나타낼 수 없는 문제가 있다. 바람직한 사용량 범위를 초과하여 사용하는 경우, 미반응된 화학식 3으로 표시되는 화합물이 과량 남게 되어 경제적이지 못하고, 비효율적인 문제가 있다.
또한, 상기 제조방법에 있어서, 상기 화학식 4로 표시되는 화합물은 에틸렌 옥사이드, 프로필렌옥사이드 또는 에틸렌옥사이드 및 프로필렌옥사이드의 혼합물일 수 있다.
나아가, 상기 제조방법에 있어서, 반응 온도는 특히 한정되는 것은 아니나, 140 - 240 ℃가 바람직하다. 140 ℃ 미만의 온도로 반응을 진행할 경우, 반응 시간이 지나치게 길어지고, 미반응한 화학식 3으로 표시되는 화합물이 과량 남게 되어 경제적이지 못하고 비효율적인 문제가 있고, 240 ℃ 초과의 온도로 반응을 진행할 경우, 반응이 과도하게 급격히 진행되어 유동성이 거의 없는 고점도의 고분자 화합물이 생성되는 문제가 있다.
본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물에 있어서, 상기 수용성 절삭유 조성물은 윤활기유; 유화제; 물; 및 첨가제;를 포함할 수 있다.
이때, 상기 윤활기유는 본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
상기 유화제로는 모노에탄올아민(MEA), 다이에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 다이글리콜아민(DGA), 다이클로로헥실아민(DCHA), 올레인산 아민염, 톨오일(Tall oil) 아민염, 숙신산아민염, 지방산, 폴리옥시에틸렌글리콜 지방산-에스테르, 폴리옥시에틸렌트리데실 에테르, 소르비탄올레이트, 소듐설포네이트 등을 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 첨가제로는 소포제, 방부제, 방청제 등과 같이 해당 기술분야에서 윤활기유에 첨가되는 첨가제라면 모두 사용할 수 있다.
구체적으로, 상기 소포제로는 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane) 오일을 사용한 실리콘계 및 비실리콘계 소포제 등을 사용한 비실리콘계 소포제를 사용할 수 있다.
또한, 상기 방부제로는 안식향산소다, BIT(Benzisothiazolinone)계 화합물, 트리아진(Triazine) 화합물, 벤조트리아졸(Benzotriazole) 화합물, 톨리트리아졸(Tolyltriazole) 화합물 등을 사용할 수 있다.
나아가, 상기 방청제로는 석유 술폰산(sulfonate)염, 디노닐나프탈렌 설폰네이트(Dinonyl naphthalene sulfonate)염, 카프릴산(caprylic acid) 및 이의 염, 이염기산 아마이드(Dibasic acid amide) 및 이의 유도체 등을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물의 조성은,
수용성 절삭유 조성물 100 중량부에 대하여,
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(윤활기유) 75.0 - 98.0 중량부;
물 0.0 - 15.0 중량부;
유화제 0.0 - 3.0 중량부; 및
첨가제 1.0 - 7.0 중량부;를 포함할 수 있다.
바람직하게는,
수용성 절삭유 조성물 100 중량부에 대하여,
본 발명에 따른 화학식 1로 표시되는 화합물(윤활기유) 85.0 - 96.0 중량부;
물 0.0 - 10.0 중량부;
유화제 0.0 - 1.0 중량부; 및
첨가제 1.0 - 4.0 중량부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물에서 상기 윤활기유가 75 중량부 미만으로 포함될 경우에는 윤활 성능이 현저히 낮아지고, 98 중량부 초과로 포함될 경우에는 기타 첨가제의 부족으로 유화 안정성 및 내방청성, 내방부성, 내방식성 등이 저하될 수 있다.
종래 수용성 절삭유는 윤활성을 나타내기 위하여 과량의 광유 및 다양한 종류의 첨가제와 유화제를 사용하여야 하는 반면, 본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물은 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 윤활기유가 우수한 윤활성 및 자기유화성을 나타내므로, 석유계 윤활기유인 광유를 사용하지 않으며, 추가적으로 사용되는 첨가제의 종류도 적고 유화제의 사용량도 없거나 현저히 감소함으로 보다 친환경적이다.
한편, 본 발명에 따른 수용성 절삭유의 출발물질로 사용되는 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 수용성 절삭유에서 윤활기유로 사용될 수 있는데, 출발물질인 천연계 불포화지방산; 단계 1에서 제조되는 하이드록시화-지방산; 및 단계 2에서 제조되는 축합-지방산을 포함하며, 이들의 조성비에 따라서 점도 및 물성을 조절할 수 있으므로, 이를 통하여 본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물은 다양한 물성을 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 제조방법은 수용성 절삭유 조성물의 물성을 조절할 수 있으므로, 사용자가 원하는 물성의 절삭유 조성물을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물의 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 종류 및 첨가량에 따른 물성을 평가한 결과, 상기 화합물의 종류 및 첨가량에 따른 동점도 및 색상 수치는 변화가 거의 없는 것으로 나타났다(실험예 1, 표 8 내지 10 참조). 따라서, 본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물은 시장에서 소비자가 요구하는 일정한 수준의 물성을 가진다.
또한, 본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물의 유화 안정도를 측정한 결과, 본 발명에 따른 수용성 절삭유는 연수 및 경수에서 0.4 ml 이하의 매우 적은 양의 유층 및 크림층이 형성됨을 알 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 실시예 4는 연수 및 경수 모두에서 유층 및 크림층이 거의 형성되지 않아 매우 우수한 유화 안정도를 나타내는 것을 알 수 있다(실험예 2 및 표 11 참조).
따라서, 종래의 친수성이 부족한 수용성 절삭유 조성물은 상대적으로 많은 양과 다양한 종류의 유화제가 필요한 반면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 축합물은 물질 내에 친수기를 함유함으로서 윤활 및 유화를 동시에 할 수 있는 자기유화성을 가지므로, 유화제를 사용하지 않거나 또는 적은 양의 유화제로 우수한 유화 안정도를 나타낸다.
나아가, 본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물의 마찰계수 및 내마모도를 측정한 결과, 마찰계수가 0.06 이하, 내마모도가 0.36 이하로 매우 낮은 값을 나타냄을 알 수 있었다. 특히, 실시예 6에서 제조된 수용성 절삭유는 마찰계수 및 내마모도가 가장 낮은 값을 나타내며 우수한 윤활 성능을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 수용성 절삭유 조성물은 종래의 수용성 절삭유에 비하여 윤활성이 우수하고, 제조원가가 낮으며, 구성성분 및 제조공정이 단순하고, 자기 유화성을 나타낸다. 따라서, 별도로 광유나 유화제를 사용할 필요가 없고, 소량의 첨가제 사용만으로도 우수한 유화 안정도를 나타내고, 마찰계수 및 내마도가 낮으므로, 우수한 윤활 성능을 나타내는 친환경적인 수용성 절삭유로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 압연유, 소성가공유, 금속표면처리제 등의 산업용 윤활유로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<
제조예
1>
축합
-지방산 함유
윤활기유의
제조
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 올레인산 2922.9g(산가 198.7)과 85% 개미산(Formic acid) 275.2 g을 투입하고 서서히 교반 하면서 50 ℃로 가열한 후, 35% 과산화수소 896.3 g을 상기 플라스크 내에 150 분에 걸쳐 서서히 드롭핑 펀넬을 이용하여 적하한 후, 발열반응에 유의하면서 5시간 동안 숙성 반응을 하였다. 에폭시 반응을 완결한 후, 반응기의 온도를 승온하여 90 ℃에서 7시간 유지하면서 고리열림(ring-open) 반응시켰다. 이렇게 제조한 개질된 다이올 지방산 혼합물 2100.0 g과 올레인산을 1400.0 g을 넣고 질소분위기에서 250 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 7시간 동안 에스테르화 반응(축합반응)하여, 축합-지방산을 포함하는 윤활유 조성물을 제조하였다.
<
실시예
1-a> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 1 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG400
투입량
5w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜-400(PEG400, 분자량 400) 160 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 1-a에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 8에 나타내었다.
<
실시예
1-b> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 2 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG400
투입량
10w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜-400(분자량 400) 320 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 1-b에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 8에 나타내었다.
<
실시예
1-c> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 3 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG400
투입량
20w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜-400(분자량 400) 640 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 1-c에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 8에 나타내었다.
<
실시예
1-d> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 4 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG400
투입량
30w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜-400 960 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 1-d에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 7에 나타내었다.
<
실시예
1-e> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 5 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG400
투입량
40w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜-400(분자량 400) 1,280 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 1-e에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 8에 나타내었다.
<
실시예
1-f> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 6 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG400
투입량
50w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜-400(분자량 400) 1,600 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 1-f에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 8에 나타내었다.
<
실시예
2-a> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 7 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG1000
투입량
10w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜(PEG1000, 분자량 1000) 320 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 2-a에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 9에 나타내었다.
<
실시예
2-b> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 8 (
제조예
1의
축합물
에 대하여 PEG1000 투입량 20w%)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜(분자량 1000) 640 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 2-b에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 9에 나타내었다.
<
실시예
2-c> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 9 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG1000
투입량
40w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜(분자량 1000) 1,280 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 2-c에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 8에 나타내었다.
<
실시예
2-d> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 10 (제조예 1의 축합물에 대하여 PEG
1000
투입량
60w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜(분자량 1000) 1,960 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 2-d에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 9에 나타내었다.
<
실시예
2-e> 폴리에틸렌글리콜로 개질한 축합물 합성 11 (
제조예
1의
축합물에
대하여
PEG1000
투입량
70w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 폴리에틸렌글리콜(분자량 1000) 2,240 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합 반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 2-e에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 9에 나타내었다.
<
실시예
3-a> EO/PO
코폴리머
(
ethyleneoxide
/
propyleneoxide
copolymer)를 사용하여
개질한
축합물
합성 1 (
제조예
1의
축합물에
대하여 EO/PO copolymer 투입량
10w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 EO/PO copolymer(분자량 1000) 320 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 3-a에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 10에 나타내었다.
<
실시예
3-b> EO/PO
코폴리머를
사용하여
개질한
축합물
합성 2 (
제조예
1의 축합물에 대하여 EO/PO copolymer 투입량
20w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 EO/PO copolymer(분자량 1000) 640 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 3-b에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 10에 나타내었다.
<
실시예
3-c> EO/PO 코폴리머를 사용하여
개질한
축합물
합성 3 (
제조예
1의
축합물에
대하여 EO/PO copolymer 투입량
30w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 EO/PO copolymer(분자량 1000) 960 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 3-c에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 10에 나타내었다.
<
실시예
3-d> EO/PO
코폴리머를
사용하여
개질한
축합물
합성 4 (
제조예
1의 축합물에 대하여 EO/PO copolymer 투입량
45w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 EO/PO copolymer(분자량 1000) 1,440 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 3-d에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 10에 나타내었다.
<
실시예
3-e> EO/PO
코폴리머를
사용하여
개질한
축합물
합성 5 (
제조예
1의 축합물에 대하여 EO/PO copolymer 투입량
60w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 EO/PO copolymer(분자량 1000) 1,920 g을 넣고 질소분위기로 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 3-e에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 10에 나타내었다.
<
실시예
3-f> EO/PO
코폴리머를
사용하여
개질한
축합물
합성 6 (
제조예
1의
축합물에
대하여 EO/PO copolymer 투입량
70w%
)
온도계, 환류냉각기 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 제조예 1에서 얻은 축합물 3,200 g에 EO/PO copolymer(분자량 1000) 2,240 g을 넣고 질소 분위기로 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서 200 ℃에서 12시간 동안 에스테르화반응(축합반응)하여, 개질된 천연지방산 축합물을 제조하였다.
본 실시예 3-f에서 얻은 윤활기유 조성물의 물성(동점도, 산가 및 색상)은 하기 표 10에 나타내었다.
<
실시예
4> 수용성
절삭유의
제조 1
실시예 1-d에서 제조한 윤활기유를 사용하여 하기 표 1의 조성으로 수용성 절삭유를 제조하였다.
| 구분 | 성분 | 함유량(중량%) |
| 윤활기유 | 실시예 1-d | 94.2 |
| 유화제 | 소듐다이옥틸설포석시네이트 | 1.8 |
| 첨가제 | 폴리디메틸실록산 유화물(소포제) | 0.2 |
| 모노아이소프로판올아민(pH조절제) | 1.0 | |
| 석유슬폰산염(방청제) | 1.3 | |
| 벤즈이소티아졸린(방부제) | 1.5 |
<
실시예
5> 수용성
절삭유의
제조 2
하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 윤활기유로 실시예 2-c에서 제조한 윤활기유를 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 조성물 및 조성물 비로 수용성 절삭유를 제조하였다.
| 구분 | 성분 | 함유량(중량%) |
| 윤활기유 | 실시예 2-c | 94.2 |
| 유화제 | 소듐다이옥틸설포석시네이트 | 1.8 |
| 첨가제 | 폴리디메틸실록산 유화물(소포제) | 0.2 |
| 모노아이소프로판올아민(pH조절제) | 1.0 | |
| 석유슬폰산염(방청제) | 1.3 | |
| 벤즈이소티아졸린(방부제) | 1.5 |
<
실시예
6> 수용성
절삭유의
제조 3
하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 윤활기유로 실시예 3-d에서 제조한 윤활기유를 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 조성물 및 조성물 비로 수용성 절삭유를 제조하였다.
| 구분 | 성분 | 함유량(중량%) |
| 윤활기유 | 실시예 3-d | 94.2 |
| 유화제 | 소듐다이옥틸설포석시네이트 | 1.8 |
| 첨가제 | 폴리디메틸실록산 유화물(소포제) | 0.2 |
| 모노아이소프로판올아민(pH조절제) | 1.0 | |
| 석유슬폰산염(방청제) | 1.3 | |
| 벤즈이소티아졸린(방부제) | 1.5 |
<
비교예
1>
제조예
1에서 얻은
축합물을
포함한 수용성
절삭유의
제조 1
상기 제조예 1에서 얻은 축합물을 사용하여 하기 표 4의 조성으로 수용성 절삭유를 제조하였다.
| 구분 | 성분 | 함유량(중량%) |
| 윤활기유 | 제조예 1 | 68.8 |
| 유화제 | 모노에탈올아민(MEA) | 7.7 |
| 트리에탄올아민(TEA) | 5.2 | |
| 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 | 0.7 | |
| 폴리옥시에틸렌트리데실에테르 (EO(Ethylene Oxide) 5 mol) |
1.5 | |
| 폴리옥시에틸렌트리데실에테르 (EO(Ethylene Oxide) 10 mol) |
1.5 | |
| 소르비탄 모노올레이트 | 2.6 | |
| 첨가제 | 폴리디메틸실록산 유화물(소포제) | 0.2 |
| 석유 슬폰산염(방청제) | 1.3 | |
| 벤즈이소티아졸린(방부제) | 1.5 | |
| 물(연수) | 9.0 | |
<
비교예
2>
제조예
1에서 얻은
축합물을
포함한 수용성
절삭유의
제조 2
하기 표 5에 나타낸 바와 같이, 윤활기유로 상기 제조예 1에서 얻은 축합물을 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 조성물 및 조성물 비로 수용성 절삭유를 제조하였다.
| 구분 | 성분 | 함유량(중량%) |
| 윤활기유 | 제조예 1 | 94.2 |
| 유화제 | 소듐다이옥틸설포석시네이트 | 1.8 |
| 첨가제 | 폴리디메틸실록산 유화물(소포제) | 0.2 |
| 모노아이소프로판올아민(pH조절제) | 1.0 | |
| 석유슬폰산염(방청제) | 1.3 | |
| 벤즈이소티아졸린(방부제) | 1.5 |
<
비교예
3> 고가의 리시놀레산
축합물을
포함한 수용성
절삭유의
제조 1
단계 1: 온도계, 환류냉각기, 질소투입관 및 교반기가 부착된 5L, 4구 플라스크에 리시놀레산 3500.0 g을 넣고 질소 분위기에서 300 rpm/min으로 교반하고, 반응수를 제거하면서, 200 ℃에서 8시간 동안 에스테르화반응(축합 반응) 하여, 리시놀레산 축합물을 포함하는 윤활기유를 제조하였다.
단계 2: 하기 표 6에 나타낸 바와 같이, 윤활기유로 상기 단계 1에서 얻은 리시놀레산 축합물을 사용한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일한 조성물 및 조성물 비로 수용성 절삭유를 제조하였다.
| 구분 | 성분 | 함유량(중량%) |
| 윤활기유 | 리시놀레산 고분자 혼합물 | 68.8 |
| 유화제 | 모노에탈올아민(MEA) | 7.7 |
| 트리에탄올아민(TEA) | 5.2 | |
| 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 | 0.7 | |
| 폴리옥시에틸렌트리데실에테르 (EO(Ethylene Oxide) 5 mol) |
1.5 | |
| 폴리옥시에틸렌트리데실에테르 (EO(Ethylene Oxide) 10 mol) |
1.5 | |
| 소르비탄 모노올레이트 | 2.6 | |
| 첨가제 | 폴리디메틸실록산 유화물(소포제) | 0.2 |
| 석유 슬폰산염(방청제) | 1.3 | |
| 벤즈이소티아졸린(방부제) | 1.5 | |
| 물(연수) | 9.0 | |
<
비교예
4> 고가의 리시놀레산
축합물을
포함한 수용성
절삭유의
제조 2
하기 표 7에 나타낸 바와 같이, 윤활기유로 상기 비교예 3의 단계 1에서 제조한 리시놀레산 축합물을을 사용한 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 조성물 및 조성물 비로 수용성 절삭유를 제조하였다.
| 구분 | 성분 | 함유량(중량%) |
| 윤활기유 | 리시놀레산 고분자 혼합물 | 94.2 |
| 유화제 | 소듐다이옥틸설포석시네이트 | 1.8 |
| 첨가제 | 폴리디메틸실록산 유화물(소포제) | 0.2 |
| 모노아이소프로판올아민(pH조절제) | 1.0 | |
| 석유슬폰산염(방청제) | 1.3 | |
| 벤즈이소티아졸린(방부제) | 1.5 |
<
실험예
1>
폴리옥시알킬렌알킬에테르
종류 및 첨가량에 따른
축합물의
물성 평가
폴리옥시알킬렌알킬에테르 첨가량에 따른 물성(동점도, 산가 및 색상)을 하기 표 8 내지 표 10에 나타내었다.
구체적으로, 실시예 1-a 내지 1-f, 실시예 2-a 내지 2-e 및 실시예 3-a 내지 3-e에서 제조한 폴리옥시알킬렌알킬에테르 첨가 축합물의 동점도, 산가 및 색상은 다음과 같이 평가하였다.
먼저, 점도는 한국산업표준(KS M2014) 규격에 따라 캐논 펜스케 점도계를 사용하여 항온조(Kinematic viscosity bath, 40 ℃)에서 동점도를 측정하였고, 산가는 한국산업표준(KS M0015) 규격에 따라 시료 1 g을 이소프로필 알코올 100 ml와 페놀프탈레인 지시약을 소량 첨가하여 용해시킨 후, 0.1N 수산화칼륨(KOH)으로 측정하였다. 색상은 40 ℃에서 비색계(제조사: Tintometer Ltd, 모델명: Lovibond PFX995)를 이용하여 Gardner 색상을 측정하였다.
| 실시예 | 첨가한 폴리에틸렌글리콜 (분자량 400)의 중량부(w%) |
산가 | 동점도 (cSt, 40) |
색상 (Gardner) |
| - | 0 | 62.5 | 570 | 4.4 |
| 1-a | 5 | 32.1 | 584 | 4.6 |
| 1-b | 10 | 18.9 | 589 | 4.5 |
| 1-c | 20 | 13.4 | 594 | 4.3 |
| 1-d | 30 | 10.1 | 589 | 4.3 |
| 1-e | 40 | 6.4 | 585 | 4.1 |
| 1-f | 50 | 3.2 | 564 | 4.0 |
| 실시예 | 첨가한 폴리에틸렌글리콜 (분자량 1000의 중량부(w%) |
산가 | 동점도 (cSt, 40) |
색상 (Gardner) |
| - | 0 | 62.5 | 570 | 4.4 |
| 2-a | 10 | 32.4 | 582 | 4.6 |
| 2-b | 20 | 18.9 | 589 | 4.5 |
| 2-c | 40 | 11.3 | 574 | 4.2 |
| 2-d | 60 | 8.9 | 554 | 4.3 |
| 2-e | 70 | 7.7 | 521 | 4.1 |
| 실시예 | 첨가한 EO/PO 코폴리머 (분자량 1000)의 중량부 |
산가 | 동점도 | 색상 |
| - | 0 | 62.5 | 570 | 4.4 |
| 3-a | 10 | 29.8 | 562 | 4.5 |
| 3-b | 20 | 17.8 | 541 | 4.4 |
| 3-c | 45 | 8.4 | 459 | 4.2 |
| 3-d | 60 | 7.9 | 421 | 4.3 |
| 3-e | 70 | 7.2 | 402 | 4.1 |
상기 표 8 내지 표 10에 나타난 바와 같이, 폴리옥시알킬렌알킬에테르 종류 및 첨가량에 따른 동점도 및 색상의 변화가 거의 없음을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 자기유화형 윤활기유는 시장에서 소비자가 요구하는 물성을 갖는 것을 확인할 수 있다.
<
실험예
2> 수용성
절삭유의
물성 평가
비교예 1 내지 4, 실시예 4 내지 6에서 제조한 수용성 절삭유의 윤활성 및 유화 안정도를 알아보기 위하여 다음과 같이 실험하였다.
구체적으로, 제조예 1에서 얻은 축합물을 윤활기유로 사용한 비교예 1 및 2에서 얻은 수용성 절삭유, 리시놀레산 축합물을 포함하는 윤활기유를 사용한 비교예 3 및 4에서 얻은 수용성 절삭유, 실시예 1-d에서 얻은 축합물을 윤활기유로 사용한 실시예 4에서 얻은 수용성 절삭유, 실시예 2-c에서 얻은 축합물을 윤활기유로 사용한 실시예 5에서 얻은 수용성 절삭유 및 실시예 3-d에서 얻은 축합물을 윤활기유로 사용한 실시예 6에서 얻은 수용성 절삭유를 각각 물에 10% 농도로 희석하여, 유화 안정도 및 마찰계수와 내마모도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 11에 나타내었다.
먼저, 유화안정도는 KS M2525 방법에 따라 2L의 비이커에 물 900 ml를 채우고, 교반기로 교반(약 120회/분)하면서 비교예 1 내지 4, 실시예 4 내지 6에서 준비한 수용성 절삭유를 각각 100 ml씩 첨가한 다음, 약 30분간 교반하면서 10% 농도의 수용성 절삭유로 희석하였다. 희석 과정이 끝난 후, 24시간이 경과하면 KS M2173 규격에 준하여 유층 및 크림층의 생성량으로 유화 안정도를 평가하였다.
다음으로, 마찰계수와 내마모도는 ASTM(American Society for Testing and Materials) D4172-392N 시험규격에 따라 4구 내마모 시험(4 ball wear test)을 통해 평가하였고, 본 평가에서 사용한 시험기기는 Phoenix-tribology사의 TE-82 모델을 사용하였다.
| 항목 | 유화 안정도(ml) (실온, 24시간, 연수) |
유화 안정도(ml) (실온, 24시간, 경수) |
마찰계수 | 내마모도 (mm) |
| 비교예1 | 미량(0.1 이하) | 0.5 | 0.08 | 0.49 |
| 비교예3 | 1.0 | 1.3 | 0.1 | 0.63 |
| 실시예4 | 0.2 | 0.4 | 0.06 | 0.36 |
| 실시예5 | 미량(0.1 이하) | 미량(0.1 이하) | 0.05 | 0.32 |
| 실시예6 | 미량(0.1 이하) | 미량(0.1 이하) | 0.03 | 0.24 |
| 비교예2 | 유화가 안 됨 | 유화가 안 됨 | - | - |
| 비교예4 | 유화가 안 됨 | 유화가 안 됨 | - | - |
상기 표 11에 나타난 바와 같이, 유화 안정도에 있어서 본 발명에 따른 실시예 4 내지 6은 연수 및 경수에서 0.4 ml 이하의 매우 적은 양의 유층 및 크림층이 형성된 반면, 윤활기유 종류를 제외한 조성이 동일한(유화제 및 기타 첨가제의 양을 줄이고 축합물 다량 적용) 비교예 2 및 4의 경우 유화가 되지 않는 불용 상태임을 알 수 있었다. 나아가, 본 발명에 따른 실시예 4 내지 6은 조성이 상이한(다양한 유화제 및 기타 첨가제 첨가) 비교예 1 및 3 보다도 유층 및 크림층의 형성이 현저하게 적게 형성됨을 알 수 있었다. 특히, 본 발명에 따른 실시예 5 및 6은 연수 및 경수 모두에서 유층 및 크림층이 거의 형성되지 않아 매우 우수한 유화 안정도를 나타내는 것을 알 수 있었다.
즉, 비교예 2 및 4의 축합물은 친수성이 약하기 때문에 수용성 절삭유에 적용하기 위해서는 다양한 종류의 유화제가 다량으로 필요한 반면, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 3의 축합물은 물질 내에 친수기를 함유함으로서 자기유화성을 가지므로, 별도의 유화제를 사용하지 않거나 상대적으로 아주 적은 양의 유화제 사용만으로 우수한 유화 안정도를 나타내었다.
또한, 본 발명에 따른 실시예 4 내지 6에서 제조한 수용성 절삭유의 마찰계수가 0.06 이하, 내마모도가 0.36 이하로 비교예 1 및 3과 비교하여 매우 우수한 값을 나타냄을 알 수 있었다. 특히, 실시예 6에서 제조된 수용성 절삭유는 마찰계수 및 내마모도가 가장 낮은 값을 나타내어 가장 우수한 윤활 성능을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
<
실험예
3> 윤활 성능 평가
본 발명에 따른 수용성 절삭유의 윤활성능을 측정하기 위하여, Falex Pin & Vee Block Test Machine(Falex사)을 사용하였다. 핀을 250rpm의 속도로 회전시키면서 고정된 스틸 및 알루미늄 블록에 직접 마찰을 가하여, 그 하중에 따른 torque 값을 측정하는데, 이 때 비교예 1 및 3, 실시예 4 및 5에서 제조된 수용성 절삭유를 마찰부위에 적용시켜서 각각의 윤활성능을 측정하였다. Torque 값이 작을수록 좋은 윤활성능을 나타내며, 그 결과는 도 1 및 2에 나타내었다.
도 1은 본 발명에 따른 비교예 1 및 3, 실시예 4 및 5의 스틸 블록(steel block)에서 윤활 성능을 측정한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 비교예 1 및 3, 실시예 4 및 5의 알루미늄 블록(aluminum block)에서 윤활 성능을 측정한 그래프이다.
도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 수용성 절삭유는 스틸 블록과 알루미늄 블록 모두에서 비교예보다 우수한 윤활 성능을 나타냄을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따른 폴리옥시알킬렌알킬에테르(polyoxyalkylene alkyl ether)를 사용하여 개질한 축합물을 윤활기유로 사용한 수용성 절삭유는 종래의 수용성 윤활유에 비하여 제조원가가 낮고, 구성성분 및 제조공정이 간단하고, 자기 유화성을 나타내므로, 별도의 석유계 윤활기유인 광유(base oil) 및 유화제 등의 첨가제를 추가하지 않아도 우수한 유화 안정도를 나타내며, 마찰계수와 내마도가 낮으므로 우수한 윤활 성능을 나타내는 친환경적인 수용성 절삭유로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 압연유, 소성가공유, 금속표면처리제 등의 산업용 윤활유의 윤활제로 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (9)
- 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용성 절삭유 조성물:
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
a는 0 - 36의 정수이고; b1은 1 - 19의 정수이고; b2는 0 - 18의 정수이고; c1은 1 - 19의 정수이고; c2는 0 - 18의 정수이고; d는 0 - 8의 정수이고; n은 2 - 45의 정수이고;
R1은 수소 또는 직쇄 또는 측쇄의 C1- 8알킬이고;
R2는 수소 또는 메틸이고, 반복단위()에서 R2는 동일 또는 상이할 수 있고; 및
괄호 안의,
,
및
의 배열은 랜덤 형태이다).
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 개질 지방산 축합물을 화학식 3으로 표시되는 화합물과 축합 반응시켜 화학식 1로 표시되는 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물:
[반응식 1]
(상기 반응식 1에서,
a, b1, b2, c1, c2, d, n, R1 및 R2는 제1항의 화학식 1에서 정의한 바와 같고,
화학식 1 및 2에서 괄호 안의,
,
및
의 배열은 랜덤 형태이다).
- 제2항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 그 분자량이 100 내지 2000인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 화학식 3으로 표시되는 화합물은 화학식 2로 표시되는 화합물 100 중량부에 대하여 5 - 100 중량부로 사용하는 것을 특징으로 하는 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 수용성 절삭유 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 축합 반응은 서로 다른 분자량을 갖는 화학식 3으로 표시되는 화합물을 혼합하여 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 축합 반응의 반응 온도는 140-240 ℃인 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물.
- 제1항에 있어서,
화학식 1로 표시되는 화합물의 유도체인 화학식 1a로 표시되는 화합물은 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이,
화학식 2로 표시되는 개질 지방산 축합물을 화학식 4로 표시되는 화합물과 중합 반응시켜 화학식 1a로 표시되는 화합물을 제조하는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 조성물:
[반응식 2]
(상기 반응식 2에서,
a, b1, b2, c1, c2, d, n 및 R2는 제1항의 화학식 1에서 정의한 바와 같고;
화학식 1 및 2에서 괄호 안의,
,
및
의 배열은 랜덤 형태이고; 및
상기 화학식 1a로 표시되는 화합물은 상기 화학식 1에서, R1이 수소인 화학식 1로 표시되는 화합물의 유도체이다).
- 제1항의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 산업용 윤활유 조성물.
- 제8항에 있어서,
상기 윤활유 조성물은 제1항의 수용성 절삭유에서 윤활기유(base oil)로 사용되는 것을 특징으로 하는 윤활유 조성물.
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