KR101995366B1

KR101995366B1 - 극압성과 유화성을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법

Info

Publication number: KR101995366B1
Application number: KR1020180011348A
Authority: KR
Inventors: 김우일
Original assignee: 세븐그램(주)
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2019-07-02

Abstract

본 발명은 윤활 방청제 제조 방법에 관한 것으로, 아우릴 알코올에 촉매인 가성소다를 가열하여 교반한 후 에틸렌 옥사이드(ethlene oxide)를 부가하여 유화분산제를 제조하는 (1)단계와; 식물성 왁스 및 물을 상기 유화분산제와 혼합하여 유화시키는 (2)단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명에 따르면, 친수성 물질과 소수성 물질을 유화시킬 수 있는 유화분산제를 사용하여 스프레이 등의 분무 작업을 하는 과정에서 필요로 하는 표면에 얇은 도포와 고른 두께의 윤활막을 형성할 수 있어 작업성과 경제성을 향상시킬 수 있는 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

극압성과 유화성을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법 {Lubricating Rust Inhibitor Manufacturing Method to improve the Extreme Pressure Capacity and Emulsinility}

본 발명은 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력이 작용하는 금속 간의 윤활성 및 극압성을 가질 수 있도록 에멀전 상태로 유화시키는 방법을 개선한 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법에 관한 것이다.

일상에서 다양한 용도로 이용되고 있는 강재로 만든 제품을 찾아볼 수 있다. 이러한 강재로 만든 제품은 다양한 방법으로 가공되어 사용된다.

이러한 가공은 예를 들면 선반 작업과 같이 소재보다 단단한 공구나 마찰로 불필요한 부분을 제거하는 형태로 만들어 내는 작업인데 이때, 금속과 금속 간의 마찰열로 인한 변형, 화학적 반응을 방지하기 위해 금속에 윤활 코팅막을 입혀 금속 사이의 윤활막을 형성한다.

또 다른 윤활제의 사용 예를 들면 다음과 같다.

일반적으로 선재 압연이 완료된 제품은 외관 검사 및 마무리 트리밍을 거친 후, 결속기를 이용하여 압착한 후, 결속용 밴드로 결속하여 포장한다. 상기 공정은 제품의 형상을 견고히 하여 제품을 창고에 이적하거나 고객사에 운반할 때 제품의 형태를 유지하도록 하기 위한 것으로, 압착 후 선재 제품의 길이가 줄어들어 제품의 이송이 용이해진다는 장점이 있으나, 통상 10~25톤에 이르는 결속기의 압력으로 선재 코일의 양 단면을 누른 다음, 밴드를 결속하기 때문에, 결속 과정에서 링들 간의 마찰로 인해 깍임 및 스크래치 현상이 발생할 수 있다. 이러한 흠은 결속된 상태에서는 확인이 불가하며 밴드를 풀고 내부를 조사해야만 보이는 종류의 흠으로, 고객사 가공 후 부품에 원인불명의 불량을 발생시키는 주요 원인으로 작용해 왔다.

결속 시에 결속기의 압력이 낮추면, 이러한 흠집 발생이 줄어들고, 그 수준이 얕아지기는 하나, 흠을 완전히 제거할 수는 없다. 또한, 결속 압력이 낮은 경우, 이송 횟수가 많아지면 결속밴드에 견고히 묶여진 코일링들이 쉽게 움직이고, 그 결과 밴드가 헐거워지는 현상을 유발한다. 이로 인해 제품을 지상에 적치할 때, 홀로 서 있지 못하고 옆으로 넘어지는 등 쓰러짐이 발생한다. 제품이 쓰러지면 2톤의 중량물을 다시 결속기 없이 결속한다는 것은 거의 불가능하기 때문에, 제품을 스크랩 처리해야 하는 사태가 발생하게 된다. 따라서, 결속 흠을 방지하기 위해 무작정 결속기 압력을 낮출 수는 없다. 그렇다고 흠이 발생한 상태 그대로 출하할 경우에는 고객 불만이 발생하게 된다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 압착 전에 링 간의 마찰계수를 줄여주는 윤활 용액을 도포하고, 결속기 공정을 거치게 함으로써, 결속흠을 방지하는 기술이 시도되었다.

이렇게 금속 사이의 윤활성(평활성)을 향상시키기에 광물유나 지방산 에스테르 등의 합성 윤활제를 사용하게 된다. 윤활유 주성분 자체로도 우수한 성능을 나타내지만 소량의 첨가제 투입으로 더욱 더 향상된 성능을 발휘할 수 있다. 이러한 첨가제로 유성 향상제, 극압첨가제, 점도지수 향상제 등의 계면 활성제를 주체로 한 첨가제가 사용된다. 보통 유성 향상제는 계면 흡착에 의한 것이기 때문에 효과는 한정적이며 고온과 가혹한 마찰로 인해서는 피막이 깨지기 쉽다. 이러한 이유로 고온, 높은 압력이나 가혹한 마찰이 발생하는 금속 간의 접촉을 방지하기 위해 극압첨가제를 사용하게 된다.

그러나, 금속 표면이 상호 접촉, 상호 운동할 경우, 고온의 열이 축적되는데 그 과정에서 윤활막을 형성하는 윤활유 성분이 탄화하게 되고 종국에 가서는 발화해서 화재를 야기할 수도 있다.

일본공개특허 제2001-240986호(발명의 명칭: 내식성 및 결속성이 우수한 방청제 및 방청제가 피복된 철강선재코일)에는 환상유기 화합물인 지방산 에스테르 1~2종 이상을 본질적 성분으로 하는 방청제를 사용하여 코일의 발청을 방지하고, 선재 코일의 결속성을 향상시키는 방법이 기재되어 있다.

그러나 상기 특허에 기재된 방청제는 선재를 제품으로 생산하기 위해 수행되는 후공정에서 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들면, 보통 선재는 제품 가공 공정에 들어가기 전에, 산세 또는 기계적인 방법을 통해 표면의 흑피 스케일을 제거하는 공정을 거치게 된다. 그런데 상기 특허의 방청제는 금속화합물 등을 포함하고 있기 때문에, 상기 방청제가 도포된 선재를 산세 욕조에 투입하면, 방청제에 포함된 금속 성분이 산세 성분과 결합하여 찌꺼기를 발생시켜 산세 용액을 오염시키게 된다. 그 결과 산세 능력이 급격히 저하되어 산세 용액을 보충하거나 완전히 새로 갈아주어야 하는 등 추가적인 비용을 발생시킨다.

또한, 윤활 방청제를 사용하는 과정에서 보다 효과적으로 작업(얇은 도포, 고른 도포 두께 유지)하기 위하여 스프레이 등을 이용하여 분무하는 것이 바람직하고 이러한 분무룰 위하여는 혼합되는 조성물 간의 유화가 잘 되어 미세한 분무가 가능한 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은, 극압성을 갖는 조성 성분과 윤활 기능을 하는 기능성 첨가물을 유화시킬 수 있는 유화분산제를 합성하여 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 친수성 물질과 소수성 물질을 유화시킬 수 있는 유화분산제를 사용하여 스프레이 등의 분무 작업을 하는 과정에서 필요로 하는 표면에 얇은 도포와 고른 두께의 윤활막을 형성할 수 있는 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 윤활 방청제 제조 방법에 있어서, 아우릴 알코올에 촉매인 가성소다를 가열하여 교반한 후 에틸렌 옥사이드(ethlene oxide)를 부가하여 유화분산제를 제조하는 (1)단계와; 식물성 왁스와 물을 혼합한 후 상기 유화분산제와 혼합하여 유화시키는 (2)단계와; 상기 (1)단계에서 발열 반응이 발생된 이후에 설정된 설정온도를 유지하면서 일차교반시간 동안 교반하고 상기 설정온도보다 높은 고온설정온도로 이차교반시간 동안 교반하는 단계;를 포함하되, 상기 설정온도는 90±5℃이고, 상기 일차교반시간은 7-9시간이며, 상기 고온설정온도는 130±5℃이고, 상기 이차교반시간은 4-6시간 범위이고, 상기 일차교반시간과 상기 이차교반시간 사이에 50±5℃ 범위에서 10시간 이상 교반하는 것을 특징으로 하는 윤활 방청제 제조 방법에 의해서 달성된다.

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또한, 상기 식물성 왁스는 카르나우바(carnauba) 왁스를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 극압성을 갖는 조성 성분과 윤활 기능을 하는 기능성 첨가물을 유화시킬 수 있는 유화분산제를 합성하여 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 친수성 물질과 소수성 물질을 유화시킬 수 있는 유화분산제를 사용하여 스프레이 등의 분무 작업을 하는 과정에서 필요로 하는 표면에 얇은 도포와 고른 두께의 윤활막을 형성할 수 있어 작업성과 경제성을 향상시킬 수 있는 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 윤활 방청제에 사용되는 유화분산제를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도,
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 윤활 방청제를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 극압성 및 유화성을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법을 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 윤활 방청제에 사용되는 유화분산제를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 윤활 방청제를 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

우선 본 발명의 일실시예에 따른 윤활 방청제는 종래기술에서 언급한 바와 같이 일실시예로 선재를 결속하는 과정에서 결손 흠을 예방할 수 있는 용도로 사용되는 경우를 예를 들어 이하에서 설명한다.

윤활 방청제는 유기 지방족, 유기 아민 및 잔부의 용매를 포함하여 이루어지지는 것이 바람직하다.

유기 지방족은 후술할 유기 아민과 결합하여 철강재 표면에 흡착하여 탄화 수소의 고리가 표면에 수직으로 배열된 것과 같은 모양의 얇은 코팅막을 형성할 수 있다. 이 코팅막에 의해, 선재들이 직접적으로 접촉되는 것이 방지되기 때문에, 결속 흠의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 유기 지방족은 후술할 유기 아민염과 결합하여 세정성 및 방청성을 부여한다.

본 발명의 일실시예에 따른 유기 지방족은 알킬기를 가진 사슬 모양의 1가형 카르복시기(COOH)를 가진 탄화수소사슬의 카르복시산으로 탄소수가 12 이하인 탄화수소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 바람직하다. 이러한 유기 지방족의 예를 들면, 옥타노익산(Octonoic Acid), 노난(Nonane) 등을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 유기 아민은 유기 지방족과 반응하여, 마찰 윤활 특성을 나타내는 코팅막을 형성하며, 물에 용해되어 수용액의 성상을 약알카리로 만들어 방청 기능을 갖도록 한다.

유기 아민은 암모니아의 수소원자를 탄화수소기로 치환한 형태의 화합물로, 탄화수소기가 모두 알킬기인 지방족 아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다. 이러한 유기 아민의 예를 들면, 에탄올 아민(Ethanol Amine), 아미노메틸프로판올 아민(Amino methyl propanol Amine) 등을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 유기 지방족 화합물과 유기 아민은 서로 반응하여 코팅막을 형성하게 되는데, 이와 같이 형성된 유기 지방족-유기 아민염 코팅막은 종래의 계면활성제와 같은 윤활제에 의한 코팅막에 비해 마찰 계수가 현저히 작기 때문에, 마찰에 의해 발생하는 결속 흠을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 유기 지방족 및 유기 아민의 함량에 따라 윤활성능 및 방청 성능이 달라지게 되는데, 유기 지방족의 함량이 유기 아민 대비 적정한 양으로 첨가되면, 윤활 성능이 우수해진다. 이때, 유기 지방족의 함량이 유기 아민에 대비하여 적정하다는 것은 유기 지방족과 유기 아민의 반응으로 인해 유기지방산-아민염이 생성되는데, 유기 지방족의 알킬기의 탄소수 및 유기 아민 생성시 암모니아의 수소원자와 치환된 탄화수소기의 탄소수에 따라 일정 비율로 적량 투입한다는 의미이다.

본 발명의 윤활 방청제 조성물에는 선택적으로 극압제(EP additive - Extreme pressure Additive)가 더 포함되는 것이 바람직하다.

극압제는 선재 간 마찰부위의 접촉면에서 윤활막(코팅막)이 파단되어 금속 대 금속의 접촉이 일어날 때, 국부적으로 금속 융착에 의한 발열로 금속표면과 화학적으로 반응하여, 접촉 계면에 금속 무기화학물 피막을 빠른 속도로 형성하도록 하는 것으로, 선재의 마찰, 마모 및 소부를 방지한다. 이와 같은 극압제로는 예를 들면 식물성 왁스를 포함할 수 있으며 더욱 바람직하게는 카르나우바(carnauba) 왁스를 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 극압제의 함량은 1 내지 5 중량% 정도인 것이 바람직하다. 극압제가 5 중량%를 초과하여 투입되면 선재 표면에 잔류-흡착되어 방청성능을 저하시키는 요인이 되며, 윤활성을 저해시킬 수 있기 때문이다.

그리고, 본 발명의 윤활 방청제에는 상기 성분 이외에 방청성 및 산세 처리성을 보조하는 기타 첨가제들이 추가로 포함되는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용될 수 있는 상기 기타 첨가제로는 부식 방지를 위한 내경수성 향상을 위한 첨가제(Ethylenediaminetetraacetate), 부식방지제(Triazole), 방청성 향상을 위한 방청첨가제(Fatty acid-amine soap) 등이 포함될 수 있다.

이러한 윤활 방청제를 도포하는 방법은 붓 등으로 도포할 수 있으나 필요로 하는 표면에 보다 얇게 도포하면서 고른 두께로 도포할 수 있어 효율성과 경제성을 향상시키기 위하여 스프레이 등으로 분무를 하는 것이 바람직하다.

이러한 분무 등의 작업이 용이하고 보다 효과적인 도포를 위하여 전술할 극압제와 첨가제 상호 완전하게 혼합되어 상호 분리되지 않고 유화된 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

즉, 본 발명은 전술한 소수성 물질인 식물성 왁스와 친수성 물질인 첨가제 등이 상호 혼합되어 완전하게 섞인 유화 상태를 유지하여 스프레이 등으로 분무할 경우 보다 미세한 입자를 형성할 수 있어 도포하는 표면에 고르고 얇은 두께로 도포될 수 있어 매우 바람직하다.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따라 친수기 물질과 소수기 물질을 매우 효과적으로 유화시켜 현탁액의 상태를 유지할 수 있는 유화분산제를 제조하는 과정을 도 1을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

유화분산제를 만들기 위하여 아우릴 알코올(laulyl alcohol)에 촉매인 가성소다를 가해서 가열하면서 교반한다(S111, S113). 이 때, 아우릴 알코올 1몰(186g)에 가성소다 1g 비율로 첨가하는 것이, 가열 온도는 80~110℃ 범위가 바람직하다. 이러한 교반 도중에 가압하여 액상으로 된 에틸렌 옥사이드(ethylene oxide)를 첨가하고(S115) 첨가된 에틸렌 옥사이드에 의해 발열 반응이 시작된다.

이러한 상태에서 설정된 설정온도를 유지하면서 일차교반시간 동안 교반하고(S117) 상기 설정온도보다 높은 고온설정온도로 이차교반시간 동안 교반하는 것이 바람직하다(S119). 여기서, 상기 설정온도는 90±5℃이고, 상기 일차교반시간은 7-9시간이며, 상기 고온설정온도는 130±5℃이고, 상기 이차교반시간은 4-6시간 범위이다.

본 발명자가 수많은 시험을 거쳐 상기와 같이 친수성을 갖는 계면활성제인 유화분산제를 도출하게 되었다. 즉, 유화분산제 중에서 특히 비이온 유화분산제는 주중에서 해리되지 않는 수산기(-OH기)와 에테르 결합(-O-) 등을 친수기로 갖는 계면활성제이다. 그러나, 수산기(-OH기)나 에테르 결합(-O-)으로 수중 이온이 불가능하며 친수성이 매우 약하다. 따라서, 전술한 바와 같은 복잡하고 다양한 온도 범위에서 작업이 이루어지는 것이 바람직하다. 아룰러 상기 일차교반시간과 상기 이차교반기간 사이에 혼합물이 숙성되어 수 개의 -OH기가 더욱 더 견고하게 결합할 수 있도록 일정한 온도(바람직하게는 50±5℃ 범위)에서 약 10시간 이상 교반하는 것이 더욱 더 바람직하다.

다음, 이러한 유화분산제를 이용하여 본 발명에 따른 윤활 방청제 제조 방법을 도 2를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 극압제로 사용되는 식물성 왁스인 카르나우바(carnauba)와 물을 혼합한다(S133).

다음, 유화분산제를 카루나우바 및 물에 첨가하여 60℃에서 약 7-9시간 정도 교반한다(S135). 이러한 교반에 의하여 소수기 성분과 친수기 성분이 효과적으로 유화분산제에 의하여 유화되어 혼합된 상태에서도 안정적인 현탁액 상태인 유화 상태를 유지할 수 있다.

그런 다음, 전술한 다양한 첨가제, 유기 지방족, 유기 아민을 첨가하여 60℃에서 약 60-120분 정도 교반한다(S135).

이러한 교반 후에 최종적으로 검사를 수행하여 필요한 포장 단위로 포장하게 된다.

이러한 방법에 의하여 제조된 윤활 방청제는 유화된 상태를 안정적으로 유지할 수 있어 친수성 물질 소수성 물질이 잘 혼합되어 에멀전(emulsion) 상태인 유화 상태를 안정적으로 유지할 수 있어 미세한 입자로 분사되는 스프레이 방식으로 분무가 되어 필요로 하는 표면에 도포될 수 있다.

이에, 본 발명에 따르면, 극압성을 갖는 조성 성분과 윤활 기능을 하는 기능성 첨가물을 유화시킬 수 있는 유화분산제를 합성하여 극압성 등을 향상시킬 수 있는 윤활 방청제 제조 방법을 제공할 수 있다.

여기서, 본 발명의 여러 실시예를 도시하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

Claims

윤활 방청제 제조 방법에 있어서,
아우릴 알코올에 촉매인 가성소다를 가열하여 교반한 후 에틸렌 옥사이드(ethlene oxide)를 부가하여 유화분산제를 제조하는 (1)단계와;
식물성 왁스와 물을 혼합한 후 상기 유화분산제와 혼합하여 유화시키는 (2)단계와;
상기 (1)단계에서 발열 반응이 발생된 이후에 설정된 설정온도를 유지하면서 일차교반시간 동안 교반하고 상기 설정온도보다 높은 고온설정온도로 이차교반시간 동안 교반하는 단계;를 포함하되,
상기 설정온도는 90±5℃이고, 상기 일차교반시간은 7-9시간이며, 상기 고온설정온도는 130±5℃이고, 상기 이차교반시간은 4-6시간 범위이고,
상기 일차교반시간과 상기 이차교반시간 사이에 50±5℃ 범위에서 10시간 이상 교반하는 것을 특징으로 하는 윤활 방청제 제조 방법.
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제1항에 있어서,
상기 식물성 왁스는 카르나우바(carnauba) 왁스를 포함하는 것을 특징으로 하는 윤활 방청제 제조 방법.