KR101866575B1 - 금속 압연유 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광유, 동식물 유지 및 합성 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 기유, 계면 활성제 및 엘라스토머를 구비하여 이루어지는 금속 압연유 조성물에 의해, 유화 안정성 및 플레이트 아웃성이 모두 우수한 금속 압연유 조성물을 제공하는 것이다.

Description

금속 압연유 조성물{METAL ROLLING OIL COMPOSITION}
본 발명은 금속의 냉간 압연에서 사용하는 금속 압연유 조성물에 관한 것이다.
종래, 사용되고 있던 냉간 압연유로서는 광유, 동식물 유지, 합성 에스테르 등의 단체(單體), 또는 그들의 혼합물을 기유(base oil)로 하고, 여기에 지방산 등의 유성 향상제, 인산에스테르 등의 극압 첨가제, 방청 첨가제, 산화 방지제, 유화제 등을 배합한 것이 있다. 통상, 이 냉간 압연유는 물에 유화 분산시켜 농도 1 내지 10 부피% 정도의 유화 분산액으로 하여 사용된다.
이 유화 분산액은 일반적으로 쿨런트(coolant)라고 하며, 통상적으로는 탱크 내로부터 펌프를 경유하여 노즐로부터 작업 롤 및 강판에 공급 분사되고, 탱크로 복귀되는 순환 방식으로 사용된다. 이 순환 방식에서 사용되는 냉간 압연유는 작업 롤 및 강판 표면에 전착되는 작용(플레이트 아웃성(plate-out property)이라고 한다)에 의해 윤활 효과를 발휘한다.
최근, 압연 기술의 진보에 따라 압연의 고속화나 대량 생산화가 도모되고, 금속 압연유에 대하여 윤활성이나 순환 사용시의 유화 안정성의 더 나아간 향상이 요망되고 있다. 유화 안정성 및 플레이트 아웃성이 우수한 금속 압연유 조성물로서, 특허문헌 1 내지 3의 금속 압연유 조성물을 들 수 있다.
일본 특허 공개 (평)8-325588호 공보 일본 특허 공개 (평)10-298580호 공보 일본 특허 공개 제2008-7544호 공보
그러나, 특허문헌 1 내지 3의 금속 압연유 조성물은 유화 안정성에 대해서는 개선이 인정되지만, 종래의 압연유 조성물과 비교하여 플레이트 아웃성이 충분히 우수하다고는 말하기 어려웠다.
유화 분산을 위해서 비이온성 계면 활성제, 음이온성 계면 활성제 등을 배합한 냉간 압연유에서는, 상기 계면 활성제의 종류나 배합량을 조정함에 따라 플레이트 아웃성이 변화한다. 예를 들어, 비이온성 계면 활성제의 HLB나 계면 활성제의 배합량을 조정함으로써 쿨런트의 유화 안정성을 높이면, 플레이트 아웃성이 저하되어 윤활성이 불충분해진다. 또한, 비이온성 계면 활성제의 HLB나 계면 활성제의 배합량을 조정하여 쿨런트의 입경을 크게 하여 플레이트 아웃성을 향상시키고자 하면, 쿨런트의 유화 상태가 불안정해져 순환 사용시에 여러가지 지장을 초래한다.
즉, 적용하는 계면 활성제를 조정하는 방법에서는 쿨런트의 유화 안정성과 플레이트 아웃성은 트레이드 오프(trade-off)의 관계에 있으므로, 이들을 양립시킨 쿨런트가 요망되고 있다. 본 발명의 목적은 유화 안정성 및 플레이트 아웃성이 모두 우수한 금속 압연유 조성물을 제공하는 것이다.
제1의 본 발명은 광유, 동식물 유지 및 합성 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 기유, 계면 활성제 및 엘라스토머를 구비하여 이루어지는 금속 압연유 조성물이다.
제1의 본 발명에서, 기유 100 질량부에 대하여, 0.1 질량부 이상 10 질량부 이하의 계면 활성제, 및 0.05 질량부 이상 20 질량부 이하의 엘라스토머를 함유하여 이루어지는 것이 바람직하다.
제1의 본 발명에서, 추가로 유성제(oiliness agent)를 함유하여 이루어지는 것이 바람직하다.
제1의 본 발명에서, 추가로 산화 방지제를 함유하여 이루어지는 것이 바람직하다.
제2의 본 발명은, 제1의 본 발명의 금속 압연유 조성물이 수중에 분산되어 이루어지는 쿨런트이다.
본 발명의 금속 압연유 조성물 및 상기 금속 압연유 조성물을 포함하는 쿨런트에 의하면, 유화 안정성 및 플레이트 아웃성이 모두 우수한 것으로 할 수 있다.
본 발명의 금속 압연유 조성물은 기유, 계면 활성제 및 엘라스토머를 구비하여 이루어진다.
(기유)
본 발명에 사용되는 기유로서는, 종래부터 이러한 종류의 금속 압연유 조성물에 사용되어 온 것을 모두 사용할 수 있다. 구체적으로는, 스핀들유, 머신유, 터빈유, 실린더유 등의 광유; 고래유, 우지, 돈유, 유채씨유, 피마자유, 브란유(bran oil), 팜유, 야자유 등의 동식물 유지; 우지, 피마자유, 야자유 등으로부터 얻어지는 지방산 및 합성 지방산과 탄소 원자수 1 내지 22의 지방족 1가 알코올의 모노에스테르, 상기 지방산 및 합성 지방산과 에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 등의 다가 알코올의 디, 트리, 테트라에스테르인 합성 에스테르를 들 수 있다. 기유는 이들 광유, 동식물 유지 및 합성 에스테르를 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
(계면 활성제)
계면 활성제로서는, 음이온성 계면 활성제, 양이온성 계면 활성제, 비이온성 계면 활성제를 사용할 수 있다. 음이온성 계면 활성제로서는, 알칸술폰산나트륨염, 나프텐산나트륨 비누, 알킬벤젠술폰산나트륨염 등을 들 수 있다. 양이온성 계면 활성제로서는, 알킬트리메틸암모늄염, 디알킬디메틸암모늄클로라이드, 알킬피리디늄클로라이드 등을 들 수 있다.
비이온성 계면 활성제로서는, 예를 들어 프로필렌글리콜과 에틸렌글리콜의 공중합체, 고급 지방산, 다가 지방산 및 중축합된 옥시 지방산 중 적어도 1종과 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, 소르비톨 등의 다가 알코올 중 적어도 1종의 모노에스테르 또는 폴리에스테르를 사용할 수 있다. 프로필렌글리콜과 에틸렌글리콜의 공중합체의 결합 형식은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 블록 중합일 수도 있고 랜덤 중합일 수도 있다. 또한, 변성 폴리알켄이 공중합되어 있을 수도 있으며, 변성 폴리알켄으로서는 말레화 폴리부텐을 들 수 있다. 고급 지방산으로서는 탄소수 12 내지 18의 포화 또는 불포화 1가 지방산, 예를 들어 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 올레산 등을 들 수 있다. 다가 지방산으로서는 탄소수 36의, 올레산 또는 리놀레산의 이량체산, 탄소수 54의, 올레산 또는 리놀레산의 삼량체산 등을 들 수 있다. 중축합된 옥시 지방산으로서는 탄소수는 36 내지 180 정도인 것이 적당하고, 예를 들어 옥시스테아르산이 2 분자 내지 10 분자 연결된 것을 들 수 있다. 폴리에틸렌글리콜로서는 분자량이 1500 내지 2500 정도인 것이 바람직하다. 폴리에스테르로서는 디에스테르, 가능한 경우에는 트리, 테트라에스테르 등이 사용된다.
계면 활성제의 분자량은 2000 내지 15000일 필요가 있다. 2000 미만이면 오일 입자의 내합일성(anti-coalescence)이 떨어지고, 발명자가 입수가능했던 범위의 것에서는 분자량이 15000을 초과하면 유용성이 나빠진다. 또한, 이들 계면 활성제의 HLB는 5 내지 9일 필요가 있다. 5 미만이면 유용성이 강하고, 9를 초과하면 수용성이 강해지기 때문에, 어떤 경우도 오일 입자와 물과의 계면에 안정적으로 존재할 수 없다.
계면 활성제의 배합량은 기유 100 질량부에 대하여, 하한은 바람직하게는 0.1 질량부 이상, 보다 바람직하게는 1 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 2 질량부 이상, 특히 바람직하게는 4 질량부 이상이다. 또한, 본 발명에 있어서는 계면 활성제를 5 질량부 이상 첨가하였다고 해도, 플레이트 아웃성을 양호한 것으로 할 수 있다. 종래에는, 계면 활성제를 이 정도로 첨가하면 유화 안정성은 양호해지는 반면 플레이트 아웃성이 떨어졌지만, 본 발명에서는 이들을 양립시키는 것이 가능하다. 계면 활성제의 첨가량이 지나치게 적으면, 유화 분산의 안정성이 떨어질 우려가 있다. 또한, 상한은 특별히 한정되지 않지만, 계면 활성제를 첨가하는 효과가 포화된다는 점에서 바람직하게는 10 질량부 이하, 보다 바람직하게는 7 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 6 질량부 이하이다.
(엘라스토머)
본 발명의 금속 압연유 조성물은 엘라스토머를 함유하고 있다. 이에 따라, 본 발명의 금속 압연유 조성물은 유화 안정성을 향상시킴과 동시에 플레이트 아웃성도 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 종래에는 트레이드 오프의 관계에 있다고 여겨졌던 유화 안정성과 플레이트 아웃성이지만, 본 발명에 있어서는 엘라스토머를 함유시킴으로써 이들 양쪽의 향상을 도모할 수 있다.
압연유는 수중에 유화 분산되어 쿨런트로서 사용된다. 노즐로부터 공급 분사된 쿨런트는 피도포체 강판에 충돌하고, 그 때 쿨런트의 유화 상태가 파괴되어, 유분만이 금속 표면에 전착된다. 쿨런트는 연속 공급되어 유분의 부착과 재세정이 반복되고, 이에 따라 플레이트 아웃 오일막이 형성된다고 여겨지고 있다. 여기서, 엘라스토머는 수불용성이기 때문에 유상으로 존재하고, 그의 분자량의 크기 및/또는 가교에 의한 분자 내 결합 구조에 의한 유동성의 저해 효과에 의해, 플레이트 아웃 오일막 형성 시에 재세정을 방해한다. 이로 인해, 엘라스토머를 함유시킴으로써 플레이트 아웃성이 향상된다고 생각된다.
본 발명에서 사용하는 엘라스토머로서는, 기유에 용해되는 것이며 고무상의 반발 탄성체이면 특별히 한정되지 않지만, 크게 나누어 열경화성 엘라스토머, 열가소성 엘라스토머를 사용할 수 있다. 열경화성 엘라스토머로서는, 천연 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 등을 들 수 있다. 또한, 열가소성 엘라스토머는 연질상과 경질상을 구비한 마이크로상(microphase) 분리 구조를 취한 것이며, 예를 들어 스티렌-부타디엔 블록 공중합체, 이소프렌-이소부틸렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소부틸렌 등을 들 수 있다.
엘라스토머의 분자량은 하한이 바람직하게는 중량 평균 3만 이상, 보다 바람직하게는 중량 평균 5만 이상, 상한이 바람직하게는 중량 평균 600만 이하, 보다 바람직하게는 중량 평균 250만 이하이다. 상기 분자량이 지나치게 작으면, 플레이트 아웃 오일막의 재세정을 방해하는 효과가 떨어질 우려가 있다. 또한, 상기 분자량이 지나치게 크면, 기유에 대한 용해성이 떨어질 우려가 있다.
엘라스토머의 함유량은 기유 100 질량부에 대하여, 하한이 바람직하게는 0.05 질량부 이상, 보다 바람직하게는 0.1 질량부 이상, 더욱 바람직하게는 0.2 질량부 이상이며, 상한은 바람직하게는 20 질량부 이하, 보다 바람직하게는 10 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 5 질량부 이하, 더욱 바람직하게는 3 질량부 이하, 특히 바람직하게는 2 질량부 이하이다. 엘라스토머의 함유량이 지나치게 적으면 플레이트 아웃성을 향상시키는 효과가 적어지고, 반대로 엘라스토머의 함유량이 지나치게 많으면 상기 효과가 포화된다.
(첨가제)
본 발명의 금속 압연유 조성물에는 상기 성분 이외에 필요에 따라 공지된 각종 첨가제, 예를 들어 유성제, 극압제, 산화 방지제 등을 첨가할 수 있다. 유성제로서는, 스테아르산, 올레산, 리놀레산, 리놀렌산, 아라킨산, 베헨산, 에루크산, 트리멜리트산, 팜유 지방산, 우지 지방산, 돈유 지방산, 대두유 지방산, 유채씨유 지방산, 톨유(tall oil) 지방산 등의 지방산; 이들 지방산의 에스테르화물; 이량체산 등의 2염기산 등을 들 수 있다. 극압제로서는, 트리알킬포스페이트, 디알킬포스페이트, 트리아릴포스페이트 등의 인산에스테르; 트리알킬포스파이트, 디알킬포스파이트, 트리알릴포스파이트 등의 아인산에스테르 등을 들 수 있다. 산화 방지제로서는, 디-t-부틸-p-크레졸 등의 페놀계 화합물; 페닐-α-나프틸아민 등의 방향족 아민 등을 들 수 있다.
<쿨런트>
본 발명의 금속 압연유 조성물은 물과 혼합하고, 상기 혼합 용액을 믹서 등에 의해 분산시킴으로써, 금속 압연유 조성물이 물에 유화 분산된 쿨런트가 된다. 쿨런트 중의 금속 압연유 조성물의 비율은 통상 1 내지 10 부피%이다. 쿨런트 중의 오일 성분의 평균 입경은 하한이 바람직하게는 3μm 이상, 보다 바람직하게는 4μm 이상, 더욱 바람직하게는 5μm 이상이며, 상한이 바람직하게는 11μm 이하, 보다 바람직하게는 10μm 이하, 더욱 바람직하게는 9μm 이하, 특히 바람직하게는 8μm 이하이다. 상기 평균 입경이 지나치게 작으면 플레이트 아웃성이 떨어질 우려가 있고, 반대로 상기 평균 입경이 지나치게 크면 유화 안정성이 떨어질 우려가 있다. 쿨런트 중의 오일 성분의 평균 입경은 쿨터 계수기(coulter counter)에 의해 측정된다.
쿨런트의 사용 방법은 종래와 동일하며, 순환되면서 압연 롤이나 피압연재에 분무 공급되어 사용된다.
[실시예]
<실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 7>
표 1에 나타내는 각 성분을 소정량으로 배합하여 실시예 1 내지 9의 금속 압연유 조성물을 제조하였다. 또한, 마찬가지로 표 2에 나타내는 각 성분을 소정량으로 배합하여 비교예 1 내지 7의 금속 압연유 조성물을 제조하였다.
<쿨런트의 제조>
물에 각 금속 압연유 조성물을 2 부피%가 되도록 첨가하고, 기어 펌프(유량 30L/분) 및 호모믹서(회전수 3000rpm)로 30분간 펌프 순환 및 교반하여 유화 분산액을 제조하였다(액량:10L, 액온도:55℃). 이 분산액에 있어서의 금속 압연유 조성물의 평균 입경을 쿨터 계수기(멀티사이저 II)에 의해 측정하였다. 계속해서, 이 분산액 200mL을 채취하여 30분간 정치시킨 후에, 하층 100mL의 시료 오일의 농도를 측정하여 쿨런트의 유화 안정성(ESI-30)을 평가하였다. ESI-30의 산출 방법을 이하에 나타낸다.
(ESI-30 산출 방법)
ESI-30(%) = [(30분간 정치시킨 후의 하층 100mL의 시료 오일의 농도)/(초기 농도)]×100
(플레이트 아웃성의 평가)
상기에서 얻어진 유화 분산액을 펌프로 1시간 순환시키고, 수직으로 매달은 시험편에 이 유화 분산액을 2초간 분무하고, 그 때의 부착 유분량(g/m2)을 측정하였다.
시험편:SPCC-SD, 1.2×60×80mm
시험편 온도:120℃
스프레이 유량:2.1L/분
시료 오일의 농도:2 부피%
액량:10L
액온도:55℃
Figure 112012003357500-pct00001
합성 에스테르: 상품명 「유니스터(UNISTER)-H-381R」, 니찌유 가부시끼가이샤,
계면 활성제 A: 상품명 「이오네트(IONET) S-80」, 산요 가세이 고교 가부시끼가이샤, 소르비탄 지방산 에스테르계 계면 활성제,
계면 활성제 B: 상품명 「이오네트 DO-1000」, 산요 가세이 고교 가부시끼가이샤, 폴리옥시에틸렌 지방산 디에스테르,
계면 활성제 C: 상품명 「하이퍼머(Hypermer) A60」, 구로다 재팬 가부시끼가이샤, 말레화 폴리부텐, 폴리알킬렌글리콜 및 글리세린의 공중합물,
유성제 A: 상품명 「토에놀(TOENOL)#1050」, 토에이 케미칼 가부시끼가이샤, 우지 지방산, 유성제B: 상품명 「NAA-35」, 니찌유 가부시끼가이샤, 올레산,
산화 방지제: 상품명 「스밀라이저(sumilizer) BHT」, 스미또모 가가꾸 가부시끼가이샤,
엘라스토머 A: 천연 고무(cis-1,4-폴리이소프렌 주체, 중량 평균 분자량 10만 내지 250만),
엘라스토머 B: 이소부틸렌 고무(폴리(1,1-디메틸에틸렌), 중량 평균 분자량 6만 내지 500만).
Figure 112012003357500-pct00002
고분자 중합체: 상품명 「아클루브(ACLUBE) 702」, 산요 가세이 고교 가부시끼가이샤, 알킬메타크릴레이트계 공중합물의 광유 용액
상기 표 1 및 2의 결과로부터, 본 발명의 금속 압연유 조성물을 사용한 쿨런트에 있어서는 쿨런트의 입경이 작고, 유화 안정성이 양호함과 동시에 플레이트 아웃성도 양호하다는 것을 알 수 있었다. 고분자 중합체의 첨가에서는 유화 안정성과 플레이트 아웃성은 양립하지만, 엘라스토머를 첨가한 경우보다 플레이트 아웃성의 향상 효과가 작아, 충분히 플레이트 아웃성이 우수하다고는 말하기어렵다(비교예 6, 7).
엘라스토머 및 고분자 중합체 모두 첨가량을 증가시키면 쿨런트의 점도가 상승한다. 점도가 높아지면 압연기 주변에 오염물질이 잔류하기 쉬워져, 오염물질이 퇴적한다.
퇴적물이 압연 강판에 낙하하면 압연 강판의 품위가 저하되기 때문에, 퇴적물 제거가 필요해져 다음 공정의 부하가 증대한다. 또한, 퇴적물은 작업 환경의 악화 및 화재의 위험성도 초래한다. 엘라스토머는 고분자 중합체와 비교하여 소량으로도 플레이트 아웃성 향상이 우수한 효과를 발현하므로, 이러한 퇴적물의 문제를 발생시키지 않는다.
이상, 현 시점에서 무엇보다 실천적이며, 바람직하다고 생각되는 실시 형태와 관련해서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 본원 명세서 중에 개시된 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 청구범위 및 명세서 전체로부터 간파해낼 수 있는 발명의 요지 또는 사상에 반하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하고, 그러한 변경에 따른 금속 압연유 조성물 및 쿨런트도 또한 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로서 이해되어야 한다.
본 발명의 금속 압연유 조성물은 금속의 냉간 압연에서 사용된다.

Claims (11)

  1. 광유, 동식물 유지 및 합성 에스테르로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 기유(base oil),
    분자량이 2000 이상 15000 이하이고 HLB가 5 내지 9인 계면 활성제, 및
    중량 평균 분자량이 30000 이상 6000000 이하인 엘라스토머
    를 구비하여 이루어지고,
    상기 엘라스토머가 천연 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 불소 고무로부터 선택되는 적어도 1종의 열경화성 엘라스토머이고,
    상기 기유 100 질량부에 대하여, 상기 계면 활성제가 0.1 질량부 이상 10 질량부 이하 함유되고, 상기 엘라스토머가 0.05 질량부 이상 20 질량부 이하 함유되는 금속 압연유 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 추가로 유성제(oiliness agent)를 함유하여 이루어지는 금속 압연유 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 추가로 산화 방지제를 함유하여 이루어지는 금속 압연유 조성물.
  4. 제2항에 있어서, 추가로 산화 방지제를 함유하여 이루어지는 금속 압연유 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 계면 활성제가 이하에 나타내는 계면 활성제 중 적어도 1종인 금속 압연유 조성물.
    알칸술폰산나트륨염, 나프텐산나트륨 비누, 알킬벤젠술폰산나트륨염으로부터 선택되는 음이온 계면 활성제;
    알킬트리메틸암모늄염, 디알킬디메틸암모늄클로라이드, 알킬피리디늄클로라이드로부터 선택되는 양이온 계면 활성제;
    프로필렌글리콜과 에틸렌글리콜의 공중합체, 고급 지방산, 다가 지방산 및 중축합된 옥시 지방산 중 적어도 1종과 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, 소르비톨로부터 선택되는 다가 알코올 중 적어도 1종의 모노에스테르 또는 폴리에스테르로부터 선택되는 비이온성 계면 활성제
  6. 제1항에 있어서, 상기 엘라스토머의 중량 평균 분자량이 50000 이상 2500000 이하인 금속 압연유 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 금속 압연유 조성물이 수중에 분산되어 이루어지는 쿨런트(coolant)이며,
    상기 금속 압연유 조성물은 상기 쿨런트 전체를 기준으로 하여 1 부피% 이상 10 부피% 이하 포함되고,
    상기 금속 압연유 조성물의 수중에서의 평균 입경이 3μm 이상 11μm 이하인 쿨런트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 압연유 조성물의 수중에서의 평균 입경이 5μm 이상 9μm 이하인 쿨런트.
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  10. 삭제
  11. 삭제
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