KR101906433B1 - 비수용성 절삭유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비수용성 절삭유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 극압성능 및 비산방지성능 효과를 갖는 비수용성 절삭유에 관한 것이다.

Description

비수용성 절삭유{NON-WATER-SOLUBLE CUTTING OIL}

본 발명은 비수용성 절삭유에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 극압성능 및 비산방지성능 효과를 갖는 비수용성 절삭유에 관한 것이다.

일반적으로 절삭유는 금속가공 과정에서 가공을 돕기 위해 사용되는 유제(油劑)를 말하는 것으로서, 구체적으로는 금속재료의 절삭가공 시 절삭공구부를 냉각시키고 윤활하게 하여 공구의 수명을 연장하거나 다듬질면을 깨끗하게 하기 위해 사용하는 윤활유를 뜻한다.

이러한 절삭유는 특성에 따라 유용성 스트레이트 오일(straight oil), 수용성 합성유(aqueous synthetic oil), 반합성유(semi-synthetic oil), 합성유(synthetic oil) 등으로 구분되기도 한다.

이 중에서 유용성 스트레이트 오일(straight oil)은 통칭 비수용성 절삭유로 불리며 금속가공유 중에서 가장 많은 비중을 차지하고 있다. 즉, 비수용성 절삭유에 대한 수요가 많아 저렴한 광유에 대한 수요 또한 향상 됨에 따라, 보다 가격경쟁력을 구비한 광유에 대한 요구가 급증하고 있다. 이에 따라, 최근에는 비수용성 절삭유에 가격경쟁력을 확보할 수 있도록 재생유를 이용하고 있다.

그러나, 재생유는 사업성이 매우 높을 뿐만 아니라 윤활유 판매량의 65%이상을 차지하는 폐유를 재활용한다는 점에서 의미가 있음에도 불구하고, 고급정제기유보다 윤활성이 다소 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해서 비수용성 절삭유는 윤활성능이 향상되고, 이와 더불어 극압성능, 비산방지성능 등이 향상될 수 있도록 대부분 재생유에 극압 첨가제 및 비산방지 첨가제 등과 같은 각종 첨가제를 넣어 사용한다.

그러나, 종래의 비수용성 절삭유는 사용된 첨가제들의 상호작용에 의해 각각의 성능이 충분히 발휘되지 않거나 불충분한 문제를 포함하고 있다.

한국등록특허 제 10-0704876 호 한국공개특허 제 2006-0059644 호

본 발명은 폐유를 정제한 재생유에 극압첨가제 및 비산방지 첨가제를 첨가하여 가격이 저렴하면서도 윤활 성능이 뛰어날 뿐만 아니라, 우수한 극압 성능 및 비산방지 성능을 구비한 비수용성 절삭유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1. 재생유, 황계 극압첨가제 및 비산방지 첨가제를 포함하며,

상기 비산방지 첨가제는 올레인산 및 글리세롤을 1:2 내지 1:8의 몰비로 공급하고 150 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;

상기 제1 혼합물에 질소를 공급하고 진공상태에서 70 내지 90℃로 유지하는 단계;

70 내지 90℃로 유지된 상기 제1 혼합물에 폴리부텐을 공급하는 단계;

폴리부텐이 공급된 상기 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;

상기 제2 혼합물을 채취하여 중간검사를 실시하는 단계;

상기 중간검사의 기준을 만족하는 경우에는 상기 제2 혼합물에 점착부여제 및 산화방지제 중 적어도 하나를 공급하고 대기압상태에서 100 내지 140℃로 가열 및 교반하여 제3 혼합물을 제조하는 단계;

상기 제3 혼합물을 진공상태로 유지하는 단계;

진공상태로 유지된 상기 제3 혼합물에 대기압상태에서 질소 및 부식억제제를 공급하고 교반하여 제4 혼합물을 제조하는 단계: 및

상기 제4 혼합물을 채취하여 최종검사를 실시하고 제품화하는 단계를 포함하여 제조된 것인 비수용성 절삭유.

2. 위 1에 있어서, 유성향상제, 산화방지제, 방청첨가제, 동합금방식제, 소포제 및 비철금속방지제 중 1종 이상의 기능성 첨가제를 더 포함하는, 비수용성 절삭유.

3. 위 2에 있어서, 상기 비수용성 절삭유는 재생유 65 내지 95중량%, 황계 극압첨가제 1 내지 20중량%, 비산방지 첨가제 1 내지 5중량% 및 기능성 첨가제 1 내지 30중량%를 포함하는, 비수용성 절삭유.

4. 위 1에 있어서, 상기 폴리부텐의 중량평균분자량은 200 내지 3,000인, 비수용성 절삭유.

5. 위 1에 있어서, 상기 비산방지 첨가제는 상기 제2 혼합물이 상기 중간검사의 기준을 만족하지 않는 경우에는 상기 폴리부텐이 공급된 상기 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하는 단계를 더 포함하여 제조된 것인, 비수용성 절삭유.

6. 위 1에 있어서, 상기 황계 극압첨가제는 에스테르 기유 황 용액인 비수용성 절삭유.

7. 위 1에 있어서, 상기 황계 극압첨가제는 에스테르 기유에 황을 감압 하에 용해시킨 것인 비수용성 절삭유.

8. 위 7에 있어서, 상기 황계 극압첨가제는 지방산 에스테르를 반응기에 넣고 5torr까지 진공을 건 후 온도를 올려 60 내지 85℃에서 0.5 내지 1.5시간 동안 탈수 시키는 단계;

상기 탈수단계가 끝나면 진공을 해제하고 지방산 에스테르 100중량부에 대하여 유황을 2 내지 15중량부 취하여 반응기에 첨가하고, 다시 진공을 걸어 서서히 승온하는 단계;

상기 승온단계 이후 온도가 100 내지 120℃가 되면, 5분 간격으로 1℃씩 단계적으로 재승온시키는 단계;

상기 재승온된 온도가 125 내지 140℃의 온도가 되면 반응을 종료시키는 단계를 포함하여 제조된 것인 비수용성 절삭유.

9. 위 1에 있어서, 벤조트리아졸 및 이소프로필알콜을 더 포함하는, 비수용성 절삭유.

10. 위 9에 있어서, 상기 벤조트리아졸 및 이소프로필알콜의 혼합 중량비는 1:5 내지 1:12인, 비수용성 절삭유.

본 발명의 일 실시예에 따른 비수용성 절삭유는 폐유를 정제한 재생유를 활용하여 친환경적이며, 가격경쟁력 역시 확보할 수 있다.

또한, 재생유에 자체 개발한 극압 첨가제 및 비상방지 첨가제를 첨가함으로써, 뛰어난 윤활성능을 가지고 있을 뿐만 아니라 우수한 급압성능 및 비산방지성능의 효과를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명의 비수용성 절삭유는 재생유, 황계 극압첨가제 및 비산방지 첨가제를 포함한다.

재생유는 폐유를 정제한 것으로서, 폐유압작동유를 예를 들면 백토처리와 같은 물리화학적인 방법으로 정제한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

재생유의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 비수용성 절삭유 총 중량 중 65중량% 내지 95중량%로 포함될 수 있다. 함량이 65중량% 미만이면 절삭공구와 가공금속간의 마찰이 증가하고, 95중량% 초과이면 유체 윤활을 유지하기 어렵다. 바람직하게는 70중량% 내지 90중량%로 포함될 수 있다.

황계 극압첨가제는 유체 윤활성 및 극압 성능을 증가시켜, 절삭 강도가 큰 절삭의 경우에도 우수한 윤활성을 갖도록 한다.

황계 극압첨가제는 지방유 황 용액일 수 있으며, 이는 당 분야에 공지된 지방유에 황을 용해시킨 것일 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 황계 극압첨가제는 에스테르 기유에 황을 용해시킨 것일 수 있다. 그러한 경우에 냄새, 동활성도, 윤활성, 극압성 등이 우수하다.

본 명세서에서 에스테르 기유는 지방유와 알코올의 반응으로 얻어지는 지방산 에스테르유를 의미한다.

지방유는 예를 들면 대두유, 팜유, 돈지 및 올레인산 등일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

황은 에스테르 기유에 상압 하(이하 상압 방식)에 또는 감압 하에(이하 감압 방식) 용해될 수 있다.

상압 방식은 구체적으로, 지방산 에스테르유 내부에 남아 있는 수분을 제거하는 수분제거과정과, 수분이 제거된 지방산 에스테르유에 황을 첨가한 후, 일정한 온도에 도달할 때까지 단계적으로 승온시키면서 황을 지방산 에스테르유와 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.

감압 방식은 구체적으로, 지방산 에스테르를 반응기에 넣고 5torr까지 진공을 건 후 온도를 서서히 올려 60 내지 85℃에서 0.5 내지 1.5시간 동안 충분히 탈수시키는 단계, 상기 탈수단계가 끝나면 진공을 해제하고 지방산 에스테르 100중량부에 대하여 유황을 2 내지 15중량부 취하여 반응기에 첨가하고, 다시 진공을 걸어 서서히 승온하는 단계, 상기 승온단계 이후 온도가 100 내지 120℃가 되면, 5분 간격으로 1℃씩 단계적으로 재승온시키는 단계, 상기 재승온된 온도가 125 내지 140℃의 온도가 되면 반응을 종료시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방식 중, 감압 방식이 분자간의 강한 결합을 통해 윤활성능 및 극압성능을 향상시킬 수 있으며, 반응시간 단축 및 제조원가가 절감 측면에서 바람직하다.

본 발명에 따른 황계 극압첨가제의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 1 내지 20중량%로 포함될 수 있다. 함량이 1중량% 미만이면 극압 및 윤활 개선 효과가 미미할 수 있으며, 20중량% 초과이면 금속의 부식을 유발할 수 있다.

황계 극압첨가제의 함량은 상기 범위 내에서 비수용성 절삭유의 사용 용도에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 용도가 중(中)삭인 경우 비수용성 절삭유에 1 내지 3 중량% 포함될 수 있으며, 중(重)절삭인 경우 3 내지 10 중량% 포함될 수 있고, 거친절삭(황삭)인 경우 5 내지 20중량% 등으로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

비산방지 첨가제는 금속가공시 절삭유의 비산을 감소시켜, 작업장내의 환경을 쾌적하게 유지하고 작업자의 안전을 확보하여 작업성을 향상시킬 수 있도록 한다.

비산방지 첨가제는 지방산글리세라이드에 폴리부텐, 점착부여제를 혼합시킨 것일 수 있다. 그러한 경우에 절삭유의 비산을 방지할 수 있다.

상기 비산방지 첨가제는 구체적으로, 올레인산 및 글리세롤을 1:2 내지 1:8의 몰비로 공급하고 150 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제1 혼합물을 제조하는 단계, 상기 제1 혼합물에 질소를 공급하고 진공상태에서 70 내지 90℃로 유지하는 단계, 70 내지 90℃로 유지된 상기 제1 혼합물에 폴리부텐을 공급하는 단계, 폴리부텐이 공급된 상기 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계, 상기 제 2 혼합물을 채취하여 중간검사를 실시하는 단계, 상기 중간검사의 기준을 만족하는 경우에는 상기 제2 혼합물에 점착부여제 및 산화방지제 중 적어도 하나를 공급하고 대기압상태에서 100 내지 140℃로 가열 및 교반하여 제3 혼합물을 제조하는 단계, 상기 제3 혼합물을 진공상태로 유지하는 단계, 진공상태로 유지된 상기 제3 혼합물에 대기압상태에서 질소 및 부식억제제를 공급하고 교반하여 제4 혼합물을 제조하는 단계 및 상기 제4 혼합물을 채취하여 최종검사를 실시하고 제품화하는 단계를 포함하는 제조방법을 통해 제조될 수 있다.

본 발명에 따른 비산방지 첨가제의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 1 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 함량이 1중량% 미만이면 비산방지 효과가 미미할 수 있으며, 5중량% 초과이면 금속을 산화시킬 수 있다.

이하 본 발명의 비수용성 절삭유에 첨가되는 비산방지 첨가제의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 비수용성 절삭유에 첨가되는 비상방지 첨가제는 먼저, 올레인산 및 글리세롤을 1:2 내지 1:8의 몰비로 공급하고 150 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제1 혼합물을 제조한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 비산방지 첨가제의 제조방법에서, 글리세롤은 올레인산과 반응하여 지방산과 글리세롤의 에스테르결합 화합물인 지방산글리세라이드를 형성하여 공기중의 수분을 흡수할 수 있고, 폴리부텐, 점착부여제와 혼합되어 절삭유의 비산을 방지할 수 있다. 이러한 흡습성이 절삭유가 비산되어 분출될 때 공기 중의 수분과 함께 절삭유를 흡습함에 따라 과도한 비산의 확대를 방지하는 기능을 갖게 하는 것으로 판단된다.

올레인산과 글리세롤을 1:2 내지 1:8의 몰비로 공급하여 제1 혼합물을 제조하는데, 올레인산과 글리세롤 몰비가 1:2 미만인 경우에는 불포화지방산의 과도한 산성선분이 남게되어 절삭유에 혼합됨로써 금속의 산화를 촉진할 수 있고, 1:8 초과인 경우에는 올레인산에 비해서 윤활성능이 현저히 떨어질 수 있다. 동점도 및 윤활성을 우수하게 유지하는 측면에서 올레인산과 글리세롤의 몰비는 1:5 내지 1:7인 것이 바람직히다.

또한, 올레인산과 글리세롤을 150 내지 200℃로 가열하고 교반함으로써 제1 혼합물을 제조한다.

제1혼합물의 제조 시 온도가 150℃ 미만인 경우에는 올레인산과 글리세롤의 혼합이 더딜 수 있으며, 온도가 200℃ 초과인 경우에는 글리세롤의 열화가 일어날 수 있다.

다음으로, 제1 혼합물에 질소를 공급하고 진공상태에서 70 내지 90℃로 유지한다.

제1 혼합물에 질소를 공급함으로써 산소와의 접촉을 차단하여 산화를 방지함으로써, 본 발명의 비수용성 절삭유에 첨가되는 비산방지 첨가제의 수율을 높일 수 있다.

본 발명에 있어서, '진공상태'란 대기압보다 낮은 압력인 것을 의미하며, 구체적인 예를 들면, 500mmHg 이하의 압력인 것을 의미한다.

진공상태를 유지함으로써 글리세린의 열화를 방지할 수 있으며, 제1 혼합물의 제조 시에 발생한 수분을 제거할 수 있다.

또한, 진공상태에서는 제1 혼합물을 제조하기 위해 높은 온도가 필요하지 않게 때문에 70 내지 90℃의 저온을 유지하더라도 제1 혼합물의 혼합도를 더욱 증가시킬 수 있으므로 경제적이다.

다음으로, 70 내지 90℃로 유지된 상기 제1 혼합물에 폴리부텐을 공급한다.

폴리부텐은 절삭유에서 사용되는 광유와는 달리, 성분 구조상 탄소량에 비해 수소량이 많아 금속 가공시에 마찰열로 인한 고온 환경에서 분해되는 잔류탄소량을 줄일 수 있으므로 미스트, 증기 또는 연무 등의 형태로 발생되는 절삭유의 비산을 억제할 수 있다.

또한, 폴리부텐은 화학적으로 안정하며 산화안정성이 뛰어나고, 고점도를 가지는 액체로 절삭유에 첨가 시 비산을 억제할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 비수용성 절삭유에 첨가되는 비산방지 첨가제의 제조방법에서 사용될 수 있는 폴리부텐은 고점도를 가지는 것이라면 그 중량평균분자량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 200 내지 3000일 수 있다.

폴리부텐의 함량은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 상기 비산방지 첨가제 총 중량에 대하여 3 내지 10중량%로 포함될 수 있다. 3중량% 미만인 경우에는 비산방지의 효과가 저하될 수 있으며, 10중량% 초과인 경우에는 점성이 높아지고 폴리부텐을 지방산글리세라이드와 혼합할 때 용해성이 저하될 수 있으며, 장기 보관 시 지방산글리세라이드와 폴리부텐이 점성의 차이로 인해 층분리될 수 있다.

다음으로, 폴리부텐이 공급된 상기 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제2 혼합물을 제조한다.

폴리부텐이 공급된 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제2 혼합물을 제조하는데, 온도가 160℃ 미만인 경우에는 폴리부텐 및 제1 혼합물의 혼합이 더딜 수 있으며, 온도가 200℃ 초과인 경우에는 글리세롤의 열화가 일어날 수 있다.

다음으로, 제2 혼합물을 채취하여 중간검사를 실시한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 중간검사는 동점도, 윤활성 및 전산가의 기준을 만족하는지 여부를 평가하는 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따른 중간검사에서 그 기준은, 40℃에서의 동점도는 예를 들면, 100 내지 200cst일 수 있고, 전산가는 10mgKOH /g이하일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 중간검사의 기준을 만족하지 않는 경우에는, 제2 혼합물의 혼합이 충분히 이루어지지 않았음을 의미하므로, 폴리부텐이 공급된 상기 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하는 단계를 더 수행한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 비산방지 첨가제의 제조방법에서 제2 혼합물을 제조하기 위해 폴리부텐이 공급된 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하는 총 시간은, 혼합반응이 충분히 일어날 수 있을 정도라면 특별한 제한은 없으나, 예를들면 30분 내지 2시간일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 중간검사의 기준을 만족하는 경우에는 상기 제2 혼합물에 첨가제를 공급하고 대기압상태에서 100 내지 140℃로 가열 및 교반하여 제3 혼합물을 제조한다.

제2 혼합물에 첨가되는 첨가제의 예를 들면, 점착부여제, 산화방지제 등을 들 수 있다.

점착부여제는 점성을 가지는 고분자로, 주로 고분자 화합물, 오일 분자 등의 응집력을 향상시키고, 절삭유에 포함되어 절삭유의 비산을 방지할 수 있으며, 용액의 층분리 현상을 방지할 수 있고, 미세 먼지를 흡착하는 기능도 가진다.

또한, 점착부여제는 비수용성 절삭유 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.5% 중량의 미량으로 포함되더라도 우수한 전단안정성을 나타낼 수 있다.

점착부여제는 당분야에서 절삭유의 첨가제로 사용될 수 있는 것을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 제3 혼합물을 제조하는 단계에서 혼합의 원활한 진행을 위해 100 내지 140℃에서 혼합이 일어나며, 대기압상태에서 혼합을 진행한다.

다음으로, 제3 혼합물을 진공상태로 유지한다.

제2 혼합물 및 첨가제가 혼합된 제3 혼합물을 대기압상태에서 감압하여 진공상태로 유지함으로써, 혼합 과정에서 발생한 수분을 제거하여 본 발명의 비수용성 절삭유에 첨가되는 비산방지 첨가제의 수율을 높일 수 있다.

다음으로, 진공상태로 유지된 상기 제3 혼합물에 대기압상태에서 질소 및 부식억제제를 공급하고 교반하여 제4 혼합물을 제조한다.

진공상태로 유지된 사이 제3 혼합물을 가압하여 대기압상태로 유지시키고, 질소 및 부식억제제를 공급하고 교반하여 제4 혼합물을 제조하는데, 질소를 공급함으로써 산소와의 접촉을 차단하여 산화를 방지함으로써, 상기 비산방지 첨가제의 수율을 높일 수 있다.

또한, 부식억제제를 공급함으로써 금속 가공 시의 공구의 부식을 억제할 수 있다.

다음으로, 제4혼합물을 채취하여 최종검사를 실시하고 제품화한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 최종검사는 동점도, 윤활성, 전산가, 색 및 비중의 기준을 만족하는 경우에는 냉각 및 여과공정을 비수용성 절삭유에 첨가하는 비산방지 첨가제를 제품화할 수 있다.

이와 같은 단계에 따라 제조된 비산방지 첨가제는 비수용성 절삭유에 포함되는 경우, 절삭유의 비산을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 필요에 따라, 절삭성능, 냉각성능, 방청성능 등의 개선을 위한 기능성 첨가제를 더 포함할 수 있다.

기능성 첨가제는 예를 들면 유성향상제, 산화방지제, 방청첨가제, 동합금방식제, 소포제, 비철금속방지제 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

산화방지제로는 당 분야에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 알킬페놀 화합물을 사용할 수 있고, 구체적으로 디부틸히드록시톨루엔(dibutyl hydroxy toluene, BHT)을 사용할 수 있다.

방청첨가제로는 당 분야에서 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 금속 설포네이트 화합물, 아민 화합물, 페네이트 화합물을 사용할 수 있다. 비수용성 절삭유에 사용시 우수한 방청 성능을 나타낸다는 측면에서 칼슘 설포네이트, 바륨 설포네이트 마그네슘 설포네이트 등을 사용할 수 있다.

기능성 첨가제는 예를 들면 비수용성 절삭유 총 중량 중 1 내지 30중량%로 포함될 수 있다.

유성향상제와 상술한 에스테르 기유에 황을 용해시킨 황계 극압첨가제가 함께 포함될 경우, 비철금속 중에서 특히 동과 알루미늄에 대한 우수한 절삭가공 효과를 제공할 수 있다.

유성향상제로는 당 분야에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 예를 들면 고급 지방산, 유지방, 에스테르 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

유성향상제는 동과 알루미늄에 대한 우수한 절삭가공 효과를 나타낸다는 측면에서 바람직하게는 동식물유인 유지방을 사용할 수 있으며, 상기 유지방은 예를 들어, 채종유(카롤라유), 돈지 등일 수 있다.

유성항샹제는 예를 들면 비수용성 절삭유 총 중량 중 5 내지 20중량%로 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 함량비가 상기 범위 내인 경우, 상기 비철금속에 대한 절삭 가공 효과를 극대화 할 수 있다.

유성향상제는 상술한 에스테르 기유에 황을 용해시킨 황계 극압첨가제와 예를 들면 유성향상제와 황계 극압첨가제가 1: 0.2 내지 0.8, 바람직하게는 1: 0.3 내지 0.7의 중량비로 포함될 수 있다. 함량비가 상기 범위 내인 경우 상기 비철금속에 대한 절삭 가공 효과를 극대화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 비수용성 절삭유는 벤조트리아졸 및 이소프로필알콜을 더 포함할 수 있다.

벤조트리아졸은 금속 표면에 얇은 피막을 형성하여 금속의 촉매작용을 막아 주고 외부의 산소를 차단할 수 있다. 이러한 벤조트리아졸은 오일에 잘 용해하지 않으므로 이소프로필알콜에 용해시켜 사용하면 동 절삭시 열에 의한 동의 변색을 방지할 수 있다.

벤조트리아졸 및 이소프로필알콜는 그 혼합비가 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면 벤조트리아졸과 이소프로필알콜의 혼합 중량비가 1:5 내지 12일 수 있다. 혼합 중량비가 상기 범위 내인 경우 상기 효과를 극대화할 수 있다. 이러한 측면에서 바람직하게는 벤조트리아졸과 이소프로필알콜의 혼합 중량비는 1:7 내지 11일 수 있고, 보다 바람직하게는 1: 8 내지 10일 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.

제조예 1. 황계 극압첨가제의 제조

지방산 에스테르 1000ml를 반응기에 넣고 5torr까지 진공을 건 후 서서히 온도를 올려 75℃에서 1시간동안 충분히 탈수시켰다.

이후 진공을 해제하고 반응기에 상기 지방산 에스테르 100중량부에 대하여 유황을 10중량부 첨가한 뒤 다시 진공을 걸어 승온시켰다.

이후 승온을 통해 반응기의 온도가 110℃가 되면 5분 간격으로 1씩 단계적으로 승온시켰다.

이후 반응기의 온도가 130℃가 되면 반응을 종결하여 황계 극압첨가제를 제조하였다.

실험예 1

제조예 1에 따라 제조된 황계 극압첨가제에 대하여 하기와 같은 평가를 진행하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

(1) 냄새 측정

제조예 1에 따라 제조된 황계 극압첨가제를 건강한 남자 5명과 여자 5명을 상대로 냄새를 확인하였다.

(2) 색(외관), 동판부식시험 , 마찰마모극압시험 측정

제조예 1에 따라 제조된 황계 극압첨가제의 색(외관)은 KS M 2106으로, 동판부식시험은 KS M2018으로, 마찰마모극압시험은 간이식 팀켄시험기에 의해 측정하였다.

구분	냄새 (후각)	색 (외관)	동판부식시험 (100℃/1h)	마찰,마모극압시험(M pa)
제조예 1	양호	연황색	1a	2.0

표 1을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 황계 극압첨가제의 제조방법에 의해 제조된 제조예1의 황계 극압첨가제는 냄새 및 색의 큰 변화가 없으며, 동판부식의 변화와 마찰, 마모극압시험에 있어서도 우수한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

제조예 2. 비산방지 첨가제의 제조

올레인산과 글리세롤의 몰비를 1:2로 용기에 공급하고, 용기를 150℃로 가열시킨 다음 2시간 동안 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다.

상기 제1 혼합물이 담긴 용기에 질소를 공급하고 용기의 압력을 500mmhg 및 온도를 80℃로 유지하면서 혼합과정에서 발생한 수분을 제거하였다.

분자량이 800인 폴리부텐을 공급하고, 160℃로 가열하면서 50분 동안 교반하여 제2 혼합물을 제조하였다.

용기에서 제2 혼합물을 채취하여 40℃에서의 동점도가 100 내지 150cst 및 전산가가 10mgKOH/g이하 만족 여부를 검사하는 중간검사를 실시하였다.

점착부여제로 루브리졸 회사의 ADDCO ADDTAC 및 산화방지제를 공급하고 대기압상태로 가압한 후, 120℃로 가열 및 교반하여 제3 혼합물을 제조하였다.

제3 혼합물이 담긴 용기의 압력을 감압하여 500mmhg로 유지하였다.

제3 혼합물이 담긴 용기를 가압하여 대기압상태로 유지하고, 질소 및 부식억제제를 공급하고 교반하여 제4 혼합물(비산방지 첨가제)을 제조하였다.

실험예 2

제조예 2에 따라 제조된 비산방지 첨가제에 대하여 하기와 같은 평가를 진행하였으며, 그 결과 및 비수용성 절삭유용 고분자 첨가제의 규격을 하기 표 2에 기재하였다.

(1) 동점도 측정

제조예 2에 따라 제조된 비산방지 첨가제를 40℃에서 KS M ISO 3104 에 의해 동점도를 측정하였다.

(2) 전산가 측정

제조예 2에 따라 제조된 비산방지 첨가제의 전산가를 KS M ISO 6618에 의해 측정하였다.

(3) 색( ASTM ) 및 비중(15/4℃)의 측정

제조예 2에 따라 제조된 비산방지 첨가제의 색을 KS M ISO 2049로, 비중은 KS M 2002에 의해 측정하였다.

구분	동점도 (40℃, cst)	전산가 (mgKOH/g)	색 (ASTM)	비중 (15/4℃)
규격	100~150	10이하	3.0 이하	0.9~1.3
제조예 2	125	2.5	L2.0	1.1

표 2를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 비산방지 첨가제의 제조방법에 따라 제조된 제조예 2의 비산방지 첨가제는 절삭유용 고분자 첨가제의 규격인 동점도(40℃, cst), 전산가, 색 및 비중을 만족하는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 1

재생유 80중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제 5중량%, 상기 제조예 2에서 제조된 비산방지 첨가제 3중량%, 유성향상제로 돈지 10중량%, 산화방지제로 디부틸히드록시톨루엔 1중량% 및 방청첨가제로 루브리졸사의 LZ5340MW 1중량% 를 포함하는 비수용성 절삭유 조성물을 제조하였으며, 다음과 같은 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

혼합탱크에 재생유를 투입한 후, 유성향상제와 상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제, 산화방지제, 방첨첨가제를 차례대로 투입하고, 이 후 상기 제조예2에서 제조된 비산방지 첨가제를 투입한 다음 50분간 교반하여 비수용성 절삭유를 제조하였다.

실시예 2

재생유 80중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제 5중량%, 상기 제조예 2에서 제조된 비산방지 첨가제 3중량%, 산화방지제 1중량%, 방청첨가제 1중량%, 유성향상제 9.8중량%, 벤조트리아졸 0.02중량% 및 이소프로필알콜 0.18중량%를 포함하는 비수용성 절삭유 조성물을 제조하였으며, 다음과 같은 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

혼합탱크에 재생유를 투입한 후, 유성향상제와 상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제, 산화방지제, 방첨첨가제를 차례대로 투입하고, 벤조트리아졸을 이소프로필알콜에 용해시켜 투입하고, 이 후 상기 제조예2에서 제조된 비산방지 첨가제를 투입한 다음 50분간 교반하여 비수용성 절삭유를 제조하였다.

상기 산화방지제, 방청첨가제 및 유성향상제는 실시예 1과 동일한 물질을 사용하였다.

실시예 3

재생유 80중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제 5중량%, 상기 제조예 2에서 제조된 비산방지 첨가제 3중량%, 산화방지제 1중량%, 방청첨가제 1중량%, 벤조트리아졸 0.04중량%, 이소프로필알콜 0.16중량%, 유성향상제 9.8중량% 포함한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

실시예 4

재생유 80중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제 2중량%, 상기 제조예 2에서 제조된 비산방지 첨가제 3중량%, 유성향상제 13중량%, 산화방지제 1중량% 및 방청첨가제 1중량%를 포함하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

실시예 5

재생유 80중량%, 상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제 5중량%, 상기 제조예 2에서 제조된 비산방지 첨가제 3중량%, 산화방지제 1중량%, 방청첨가제 1중량%, 이소프로필알콜 0.2중량%, 유성향상제 9.8중량% 포함한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

비교예 1

상기 제조예1에서 제조된 황계 극압첨가제를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

비교예 2

상기 제조예 2에서 제조된 비산방지 첨가제를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

비교예 3

상기 제조예 1에서 제조된 황계 극압첨가제와 상기 제조예 2에서 제조된 비산방지 첨가제를 포함하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 비수용성 절삭유를 제조하였다.

실험예

실시예 및 비교예의 비수용성 절삭유에 대하여 하기와 같은 평가를 진행하였으며, 결과는 하기 표 3에 기재하였다

(1) 동판부식 및 색 변화 측정

비수용성 절삭유의 동판 부식 정도를 100℃에서 KS M ISO 2160에 의해 측정하였다.

색 변화는 100℃에서 KS M2018에 의해 측정하여 동판의 색 변화를 육안으로 관찰하였다.

<동판 색변화 측정>

KS M2018 규격에 따라 1 > 2 > 3의 순서로 변색이 적고, 각 숫자별로 a> b > c의 순서로 변색이 적음 (1a가 가장 우수, 3c가 가장 변색이 심함)

(2) 인화점, 유동점, 증발량 측정

비수용성 절삭유의 인화점을 KS M ISO 2592, 유동점을 KS M ISO 3016, 증발량을 KS M 2457에 의해 측정하였다.

(3) 비산량 측정

비수용성 절삭유를 10리터의 용기에 분당 1리터의 유속으로 분사하면서, 대기 중에 비산되는 절삭유의 함량을 측정하여 비산량으로 하였다.

	동판부식 (100℃/1h)	인화점 (℃)	유동점 (℃)	증발량 (NOACK) (m/m)%	비산량 (ppm)	동판 색변화
실시예 1	1	240	-21	5.0	1650	1c
실시예 2	1	240	-20	5.0	1530	1a
실시예 3	1	240	-21	5.0	1590	1b
실시예 4	1	240	-21	5.0	1680	1c
실시예 5	1	240	-20	5.0	1550	1c
비교예 1	2	240	-20	5.0	1970	2a
비교예 2	1	240	-22	5.0	3270	2a
비교예 3	2	240	-21	5.0	4620	2a

표 3을 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 극압첨가제 및 비산방지 첨가제의 제조방법에 따라 제조된 극압첨가제 및 비산방지 첨가제를 구비한 실시예 1 내지 4의 비수용성 절삭유는 비교예 1 내지 3와 비교하여 윤활성능 및 극압성능이 우수하고, 비산량이 효과적으로 감소된 것을 확인할 수 있었다.

특히, 벤조트리아졸 및 이소프로필알콜을 포함한 실시예 2 내지 3은 동판의 색 변화가 발생하지 않았고, 절삭가공에 있어서도 현저한 효과를 나타내었다.

Claims (10)

1. 재생유, 황계 극압첨가제 및 비산방지 첨가제를 포함하며,
   상기 비산방지 첨가제는 올레인산 및 글리세롤을 1:2 내지 1:8의 몰비로 공급하고 150 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제1 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 제1 혼합물에 질소를 공급하고 진공상태에서 70 내지 90℃로 유지하는 단계;
   70 내지 90℃로 유지된 상기 제1 혼합물에 폴리부텐을 공급하는 단계;
   폴리부텐이 공급된 상기 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하여 제2 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 제2 혼합물을 채취하여 중간검사를 실시하는 단계;
   상기 중간검사의 기준을 만족하는 경우에는 상기 제2 혼합물에 점착부여제 및 산화방지제 중 적어도 하나를 공급하고 대기압상태에서 100 내지 140℃로 가열 및 교반하여 제3 혼합물을 제조하는 단계;
   상기 제3 혼합물을 진공상태로 유지하는 단계;
   진공상태로 유지된 상기 제3 혼합물에 대기압상태에서 질소 및 부식억제제를 공급하고 교반하여 제4 혼합물을 제조하는 단계: 및
   상기 제4 혼합물을 채취하여 최종검사를 실시하고 제품화하는 단계를 포함하여 제조된 것인 비수용성 절삭유.
   
2. 청구항 1에 있어서, 유성향상제, 산화방지제, 방청첨가제, 동합금방식제, 소포제 및 비철금속방지제 중 1종 이상의 기능성 첨가제를 더 포함하는, 비수용성 절삭유.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 비수용성 절삭유는 재생유 65 내지 95중량%, 황계 극압첨가제 1 내지 20중량%, 비산방지 첨가제 1 내지 5중량% 및 기능성 첨가제 1 내지 30중량%를 포함하는, 비수용성 절삭유.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리부텐의 중량평균분자량은 200 내지 3,000인, 비수용성 절삭유.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 비산방지 첨가제는 상기 제2 혼합물이 상기 중간검사의 기준을 만족하지 않는 경우에는 상기 폴리부텐이 공급된 상기 제1 혼합물을 160 내지 200℃로 가열 및 교반하는 단계를 더 포함하여 제조된 것인, 비수용성 절삭유.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 황계 극압첨가제는 에스테르 기유 황 용액인 비수용성 절삭유.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 황계 극압첨가제는 에스테르 기유에 황을 감압 하에 용해시킨 것인 비수용성 절삭유.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 황계 극압첨가제는 지방산 에스테르를 반응기에 넣고 5torr까지 진공을 건 후 온도를 올려 60 내지 85℃에서 0.5 내지 1.5시간 동안 탈수시키는 단계;
   상기 탈수단계가 끝나면 진공을 해제하고 지방산 에스테르 100중량부에 대하여 유황을 2 내지 15중량부 취하여 반응기에 첨가하고, 다시 진공을 걸어 서서히 승온하는 단계;
   상기 승온단계 이후 온도가 100 내지 120℃가 되면, 5분 간격으로 1℃씩 단계적으로 재승온시키는 단계;
   상기 재승온된 온도가 125 내지 140℃가 되면 반응을 종료시키는 단계를 포함하여 제조된 것인 비수용성 절삭유.
   
9. 청구항 1에 있어서, 벤조트리아졸 및 이소프로필알콜을 더 포함하는, 비수용성 절삭유.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 벤조트리아졸 및 이소프로필알콜의 혼합 중량비는 1:5 내지 1:12인, 비수용성 절삭유.