KR102053049B1

KR102053049B1 - 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물

Info

Publication number: KR102053049B1
Application number: KR1020190052295A
Authority: KR
Inventors: 김일남
Original assignee: (주)다수리
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2020-01-08

Abstract

본 발명은 철금속용 절삭수 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철금속가공물과 절삭공구에 분사되어 마찰열을 흡수하고 가공이 원활하게 이루어질 수 있도록 운동마찰계수를 낮추어 주어 절삭공구의 마모를 줄이고, 기존의 절삭유를 사용하지 않아서 공구에 잔류시 부패가 일어나지 않아 작업환경이 청결하게 유지되고, 친수성 성분들로 구성되어 폐수에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물에 관한 것으로, 본 발명에서는 물, 강알칼리성 전해수, 계면활성제, 수용성첨가제, 유기질소계화합물, 항균제를 포함하여 이루어지는 수용액에 산화방지제를 첨가하여 된 것으로 pH 9~12.5인 철금속용 친환경 절삭수 조성물이 개시된다.

Description

철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물{Eco-friendly cutting water composition for ferrous metals}

본 발명은 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철금속 가공물과 절삭공구에 분사되어 마찰열을 흡수하고 가공이 원활하게 이루어질 수 있도록 운동마찰계수를 낮추어 절삭공구의 마모를 줄이고, 기존의 절삭유를 사용하지 않아서 공구에 잔류시 부패가 일어나지 않아 작업환경이 청결하게 유지되고, 친수성 성분들로 구성되어 폐수에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 철금속을 가공하기 위해서는 상기 철금속보다 더 높은 강도를 갖는 절삭공구를 필요로 하며, 이러한 이유로 절삭공구의 강도를 높이기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.

예를 들면, 상기 절삭공구의 절삭날에 부착되는 공업용 다이아몬드는 절삭날의 강도를 크게 향상시켜 줄 수 있지만, 장기간 금속가공에 사용되는 경우에는 마모되기 때문에 이를 정기적으로 수리 및 보수해야 하는 필요성이 존재하는데, 이때 상기 절삭날 수리비용은 금속 가공비용의 상당한 부분을 차지하고 있을뿐더러 피가공물과 절삭공구 사이의 마찰이 증가할수록 절삭 속도가 감소하므로 작업 능률이 감소되는 문제점이 있다.

따라서 종래에는 절삭공구의 절삭날 강도를 향상시키는 방안 이외에도, 더욱 경제적인 방법으로서 금속가공시 냉각, 윤활 및 세척 작용 등을 수행하는 절삭유(절삭수)를 도입하는 방안이 널리 사용되고 있다.

이러한 금속가공용 절삭유는 냉각작용 및 윤활작용 이외에도, 가공 표면과 절삭날 사이의 용접 현상을 방지하는 작용 및 세척작용 등도 수행하여야 한다.

이를 위해 종래에 널리 사용되는 절삭유로는 물을 들 수 있는데, 이때 절삭유로서의 물은 피가공물과 절삭공구 사이의 마찰에 의해서 발생되는 마찰열에 의한 온도 상승을 억제하는 데에는 우수한 특성이 있지만, 운동마찰계수를 낮추어 주는 효과가 미약하여, 절삭공구의 절삭날 마모를 방지하거나, 절삭속도를 향상시키기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 종래의 절삭유는 주로 석유계를 사용하여 제조한 것을 물과 희석하여 사용하는 것으로, 절삭유가 공구에 잔류시 썩는 문제가 있고, 역한 냄새가 많이 발생하여 작업자로 하여금 불편함을 느끼게 하여 작업환경이 좋지 않은 문제가 있으며, 폐기물처리 기준에 따라 폐기하여야 하는 단점이 있다.

1. 대한민국등록특허공보 제10-0665790호 2. 대한민국등록특허공보 제10-0693399호 3. 대한민국등록특허공보 제10-1674413호 4. 대한민국공개특허공보 제10-2016-0143476호

본 발명에서는 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 철금속가공물과 절삭공구에 분사되어 마찰열을 흡수하고 가공이 원활하게 이루어질 수 있도록 운동마찰계수를 낮추어 주어 절삭공구의 마모를 줄이고, 기존의 절삭유를 사용하지 않아서 공구에 잔류시 부패가 일어나지 않아 작업환경이 청결하게 유지되고, 친수성 성분들로 구성되어 폐수에 의한 환경오염을 방지할 수 있는 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 발명자들은 강알칼리성 전해수를 주요 구성요소로 하여 물, 강알칼리성 전해수, 계면활성제, 수용성첨가제, 유기질소계화합물, 항균제를 포함하여 이루어지는 수용액에 산화방지제를 첨가하여 된 것으로 pH 9~12.5인 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물을 제공함으로써 달성할 수 있었다.

상기한 과제를 해결한 본 발명의 철금속용 친환경 절삭수 조성물은 물, 강알칼리성 전해수, 계면활성제, 수용성첨가제, 유기질소계화합물, 항균제를 포함하여 이루어지는 수용액에 산화방지제를 첨가하여 된 것으로 pH 9~12.5인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수용액은 물 72~76중량부, 강알칼리성 전해수 55~67중량부, 계면활성제 20~23중량부, 수용성첨가제 3~3.5중량부, 유기질소계화합물 0.1~0.9중량부, 항균제 0.3~0.5중량부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 산화방지제는 상기 수용액 100중량부에 대하여, 0.005~0.85중량부를 첨가하여 되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 산화방지제는 하기 화학식을 가지는 것으로 친수 해리성 헤드(head) 그룹을 함유하는 음이온성 해리 화합물인 것을 특징으로 한다.

[화학식]

상기 식에서 R은 전체 8 내지 18개의 탄소 원자를 함유하는 선형 또는 분지형 일킬기 또는 알케닐기, 또는 상기 R은 전체 9 또는 10개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기이다.

여기서, 상기 음이온성 해리 화합물이 라우릴에틸렌디아민트리아세테이트(LED3A)를 포함함을 특징으로 한다.

여기서, 상기 계면활성제는 트리메탄올아민(TEA) 또는 비이온성 라우릴글루코사민인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수용성 첨가제는 사붕산나트륨(Sodium tetraborate), 히알루론산나트륨, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 항균제는 폴리 제4염화암모늄(polyquaternary ammonium chloride), 폴리쿼터니움-1 또는 폴리헥사메틸렌 비구아니드 중합체 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 조성물에 야자유, 팜유, 홍화유, 면실유, 옥수수유, 대두유, 채종유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 식물성오일을 더 첨가할 수 있으며, 그 첨가량은 상기 수용액 100중량부에 대하여, 0.1~2.5중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제공되는 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물은 금속을 부식시키지 않으면서 절삭성을 향상시키고, 공구마모가 잘 안 일어나고, 공구가 항상 깨끗하게 유지되며, 공구에 잔류하여도 부패가 일어나지 않아 작업환경이 청결하게 유지되며, 손에 기름이 묻지 않고 끈적임이 없고, 기름 냄새가 없는 장점이 있다.

또한, 수성으로 환경 친화적이고, 수성으로 투명하여 절삭면이 잘 보이고, 산화방지제가 포함되어 있어 제품에 녹이 나지 않는 장점이 있고, 절삭유를 포함하지 않아 기름 냄새가 없는 장점이 있다.

또한, 절삭공구 기계 주변과 공장이 깨끗하고 미끄럽지 않아서 안전사고를 방지할 수 있고, 작업자가 작업시 인체에 무해하고 두통과 피부 트러블을 일으키지 않고, 가공 제품에 유분이 남지 않아 세정이 불필요한 장점이 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 철금속을 절단하는 과정에서 사용되는 절삭수 조성물에 관한 것으로, 보다 구체적으로 강알칼리 전해수를 사용하여 강알칼리성인 친환경 수성 절삭수 조성물을 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

상기 목적을 달성한 본 발명의 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물은 물, 강알칼리성 전해수, 계면활성제, 수용성첨가제, 유기질소계화합물, 항균제를 포함하여 이루어지는 수용액에 산화방지제를 첨가하여 된 것으로 pH 9~12.5인 것에 그 기술적 특징이 있는 것이다.

바람직하게, 상기 수용액은 물 72~76중량부, 강알칼리성 전해수 55~67중량부, 계면활성제 20~23중량부, 수용성첨가제 3~3.5중량부, 유기질소계화합물 0.1~0.9중량부, 항균제 0.3~0.5중량부를 포함하여 이루어지는 것이며,

상기 산화방지제는 상기 수용액 100중량부에 대하여, 0.005~0.85중량부를 첨가하여 되는 것이다. 바람직하게는 수용액 상태의 절삭수 조성물에 상기 산화방지제가 포함된 절삭수 조성물에 0.001 내지 1.0 w/v%의 농도로 존재하도록 첨가하는 것이다.

한편, 상기 수용액을 구성하는 상기 물은 바람직하게 증류수를 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 강알칼리성 전해수는 물을 전기분해하여 생성되는 알칼리성 이온수를 말하는 것으로서 살균 소독제, 세정제, 세제, 왁스 등 화학물질 대용으로도 많이 사용되는 것으로 생체에 무해한 친환경 액체이기 때문에 각종 오염 물질을 감소 또는 제거하는 다양한 분야에 활용되고 있다.

상기 강알칼리성 전해수는 통상의 전해수 생성 장치에 의해 제조되는 것을 사용하며, 바람직하게 pH 12~13.5의 범위내의 것을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따르면, 상기 산화방지제는 하기 화학식을 가지는 것으로 친수 해리성 헤드(head) 그룹을 함유하는 음이온성 해리 화합물을 사용한다.

[화학식]

상기 음이온성 해리 화합물은 친수 해리성 헤드 그룹을 포함하는 다기능성 음이온성 계면활성제로 표면 활성 특성 및 킬레이크 특성을 지니므로, 다기능성 작용제로 언급될 수 있다. 상기 음이온성 해리 화합물의 헤드 그룹은 pH9.0 이상에서 해리될 수 있어야 하며, 상기 화합물은 C8 내지 C18의 탄화수소 사슬 길이를 지닌다. 음이온 그룹은 카르복실산, 술폰산 또는 포스폰산과 같은 산으로부터 유래될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 음이온성 해리 화합물이 라우릴에틸렌디아민트리아세테이트(LED3A)를 포함할 수 있다. 상기 라우릴에틸렌디아민트리아세테이트는 하기 화학식 1을 지닌다.

[화학식 1]

본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 계면활성제는 트리메탄올아민(TEA) 또는 비이온성 라우릴글루코사민을 사용한다.

본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 수용성 첨가제는 사붕산나트륨(Sodium tetraborate), 히알루론산나트륨, 카르복시메틸셀룰로오스나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용한다.

본 발명에 따르면, 바람직하게 상기 항균제는 폴리 제4염화암모늄(polyquaternary ammonium chloride), 폴리쿼터니움-1 또는 폴리헥사메틸렌 비구아니드 중합체 중 어느 하나를 사용한다.

본 발명에 따르면, 상기 유기질소계화합물(Organic Nitrogen-based Compound)은 통상 사용되는 것을 사용하며, 바람직한 예시로서, 메틸아민(CH₃NH₂), 인돌(C₈H₇N), 필리딘(C₅H₅N), 아닐린(C₆H₅NH₂) 등을 단독 또는 둘 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 바람직하게 철금속의 절삭공정 중에 필요에 따라서 절삭수의 표면윤활성을 높여주기 위해 야자유, 팜유, 홍화유, 면실유, 옥수수유, 대두유, 채종유로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 식물성오일을 더 첨가할 수 있으며, 그 첨가량은 상기 수용액 100중량부에 대하여, 0.1~2.5중량부를 첨가하는 것이 좋다. 만일, 상기 임계치 범위를 벗어날 경우에는 식물성오일의 첨가로 기대할 수 있는 표면윤활성을 기대하기 어렵거나, 혹은 절삭공정 중 마찰열에 의한 오일의 생물학적 변화로 작업성이 저하될 수 있는 문제가 있을 수 있다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 보다 상세히 설명하기로 한다.

하기에 개시되는 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 바람직한 예시로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 통상의 기술자라면 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 얼마든지 변형 가능한 것이다.

[실시예1~4]

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 중량비로 절삭수 조성물을 준비하고, 살균력, 부패성 및 방청성 실험을 하였고, 각 조성물에 대한 유해물질 분석을 하여 보았으며, 그 실험 및 분석 결과는 이하에 개시되는 표 2 내지 5에 나타내었다.

하기 표 1의 각 구성성분들의 함량의 혼합 단위는 중량부이다.

구 성	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
물	76	74	72	75
강알칼리성 전해수	67	61	55	59
트리에탄올아민	21	23	20	-
비이온성 라우릴글루코사민	-	-	-	22
사붕산나트륨	3.5	3.2	3.0	2.1
카르복시메틸셀룰로오스나트륨	-	-	-	1.2
폴리제4염화암모늄	0.4	0.3	0.3	0.1
폴리쿼터니움-1	-	-	0.2	0.3
메틸아민	0.7	0.1	0.7	0.3
아닐린	-	0.4	0.2	0.3
라우릴 에틸렌 디아민트리아세테이트 (LED3A)	0.8	0.008	0.01	0.005

상기 표 1에서 상기 LED3A는 하기의 화학식 1을 가지는 것을 사용하였다.

[화학식 1]

상기 강알칼리성 전해수는 전기 분해를 일으키는 전해조와 수산화칼륨이 용해된 원수가 저장된 원수조로 구성된 전해주 제조 장치를 사용하여, 원수조에 수산화칼륨을 첨가하고, 전해조에는 전해질로 NaCl을 투입하여 전기분해에 의해 pH 12.8~13.0의 범위의 전해수를 제조하여 사용하였다.

상기 표 1에서 준비되는 조성물의 pH를 측정하여 본 바, pH 9.5~12의 범위 내에 있었다.

상기 표 1에서 준비된 각각의 조성물의 살균력, 부패성 및 방청성 실험을 하였고, 각 조성물에 대한 유해물질 분석 결과를 이하에 나타낸다.

<살균력 실험>

표 1에서 준비된 철금속 가공용 절삭수 조성물의 살균력을 확인하기 위해 고정 농도 시험법을 채택하여 시험 균주 Escherichiacoil(ATCC8739) 19 × 10⁵(CFU/㎖), Staphylococcusaureus(ATCC6538) 14 × 10⁵(CFU/㎖)를 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 내지 비교예 5에 따른 조성물 용액 1ℓ에 각각 투여한 다음, 30초 경과 후 각각의 용액에서 100㎖를 채취하여 남아있는 균수를 확인하였다. 각각 3회씩 반복 실시하여 그 평균값을 하기 표 2에 나타내었다.

시험균주	실시예 1		실시예 2		실시예 3		실시예 4
시험균주	균수 (CFU/㎖)	살균력 (%)	균수 (CFU/㎖)	살균력 (%)	균수 (CFU/㎖)	살균력 (%)	균수 (CFU/㎖)	살균력 (%)
Escherichiacoil	<10	99.9	<10	99.9	<10	99.9	<10	99.9
Staphylococcusaureus	<10	99.9	<10	99.9	<10	99.9	<10	99.9

상기 표 2로부터 알 수 있듯이 본 발명에 따른 절삭수는 살균력이 매우 우수한 것을 알 수 있었다.

<방청성 실험>

방청성 실험은 주물침법을 사용하여 진행하였으며, 구체적으로 여과지를 샤레에 깐 다음 건절삭한 주물칩을 넣고 상기 표 1의 각각의 절삭수 조성물을 적신 후 따라내고 1시간 뒤, 6시간 뒤, 24시간 뒤 생성된 녹의 발생 정도를 확인하여 표 3에 나타내었다. 구체적인 표시 방법은 녹발생 있음(×), 녹점 10개 미만(△), 없음(◎)으로 표시하였으며, 상기 녹 발생 있음은 녹점 10개이상 발생했을 때를 기준으로 하였다. 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.

시 간	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
1시간	◎	◎	◎	◎
6시간	◎	◎	◎	◎
24시간	◎	◎	◎	△

상기 표 3의 결과로 살펴 볼 때, 본 발명에 따라 제공되는 절삭수는 방청성이 매우 우수한 것을 알 수 있었다. 다만, 실시예 4의 경우 24시간이 지난 후, 녹이 일부 발생한 것을 알 수 있었다. 그 이유는 전해수의 사용량과 산화방지제의 사용량이 적어서 나타나는 현상으로 판단된다.

<부패성 실험>

표 1에 나타낸 절삭수 조성물의 부패성을 측정하기 위하여, 절삭수를 NC 선반에 공급하면서 철강을 절삭하였다. 절삭 속도는 600rpm, 공구는 초경 합금으로 봉을 연속으로 절삭하였다. 절삭수 조성물의 부패 정도를 측정하기 위해, 30분 동안 상기 절삭수 조성물을 연속적으로 공급하고 수거한 후, 25℃의 온도에서 1개월 동안 방치하였고, 이에 대해 후각 악취 테스트 및 육안에 의한 외관 색깔을 확인하여 표 4에 나타내었다. 강한 악취가 나면 ○, 약한 악취가 나면 △, 악취가 나지 않으면 ×로 표시하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
악취정도	×	×	×	×
색깔 변화	×	×	×	×

상기 표 4의 결과, 본 발명에 따른 절삭수 조성물은 부패성이 매우 우수한 성질을 가지는 것을 알 수 있었다.

<유해물질 분석>

상기 표 1의 절삭수 조성물들의 유해물질을 분석기기인 이온크로마토그래피(IC), ICP-AES를 사용하여 측정하여 보았으며, 그 결과는 하기 표 5에 나타낸 바와 같다.

분석항목	단위	정량한계	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4
Triethanolamine	%	0.004	0.63	0.61	0.62	1.61
pH	-	-	11.41	11.24	10.55	10.1
B	㎎/L	0.1	불검출	불검출	불검출	불검출
NH4	㎎/L	1	불검출	불검출	불검출	불검출
NO2	㎎/L	0.1	불검출	불검출	불검출	불검출
NO3	㎎/L	0.1	3.9	3.7	3.1	3.3

1) 불검출= 검출되지 않음(<정량한계)

2) 정량한계= 분석가능한 결과치

3) 분석기기= 이온크로마토그래피(IC), ICP-AES

이상의 실험의 결과로 본 발명에 따라 제공되는 절삭수 조성물은 물리화학적 성질이 매우 우수한 것을 알 수 있었다.

Claims

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물; 강알칼리성 전해수; 트리에탄올아민(TEA) 또는 비이온성 라우릴글루코사민인 계면활성제; 사붕산나트륨(Sodium tetraborate); 히알루론산나트륨; 카르복시메틸셀룰로오스나트륨으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 수용성첨가제; 유기질소계화합물; 항균제를 포함하여 이루어지는 수용액에 산화방지제를 첨가하여 된 것으로 pH 9~12.5인 것인 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물에 있어서,
상기 산화방지제는 상기 수용액 100중량부에 대하여, 0.005~0.85중량부를 첨가하여 되는 것으로,
상기 산화방지제는 하기 화학식을 가지는 친수 해리성 헤드(head) 그룹을 함유하는 음이온성 해리 화합물인 것을 특징으로 하는 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물.
[화학식]

상기 식에서 R은 전체 8 내지 18개의 탄소 원자를 함유하는 선형 또는 분지형 알킬기 또는 알케닐기, 또는 상기 R은 전체 9 또는 10개의 탄소 원자를 함유하는 알킬기이다.
제 4 항에 있어서,
상기 음이온성 해리 화합물이 라우릴에틸렌디아민트리아세테이트(LED3A)를 포함함을 특징으로 하는 철금속용 친환경 수성 절삭수 조성물.
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