KR102146032B1

KR102146032B1 - 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102146032B1
Application number: KR1020190102729A
Authority: KR
Inventors: 박장수; 차인용
Original assignee: 박장수
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-08-21

Abstract

본 발명은 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전해수 46 ~ 56 중량%, 탄산칼륨 4 ~ 10 중량%, 수산화칼륨 0.1 ~ 1 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 붕사 0.25 ~ 7 중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(DEG) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%, pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%, 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%, 활제 0.05 ~ 1 중량%가 혼합조성된다.
따라서, 지속적이고 우수한 내부패성을 발휘하며, 인체 또는 환경에 악영향을 미칠 수 있는 화학물질의 첨가량을 절제함으로써 인체에 보다 안전하고 환경에 대한 영향이 적으며 공업적으로 사용 시 반영구적으로 사용할 수 있으며, 기존에 출시되어 있는 수용성 절삭수 조성물 이상의 가공성능을 발휘하며 수명이 반영구적이고 수용성 절삭수 사용액 교환 또는 폐기 시 발생하는 폐액의 양이 감소하고 또한 폐수처리 시에도 환경에 미치는 영향을 최소화 할 수 있는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 및 그 제조방법{Water soluble cutting water and its manufacturing method based on electric water}

본 발명은 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 수용성 절삭수의 조성 시 pH를 높이기 위해 첨가되는 무기알카리의 첨가량을 줄여 조제비용을 절감시키고, 화학물질의 사용을 절제하게 하여 인체에 무해한 영향을 제공할 수 있도록 하고, 전해수가 가지는 자체적인 방청, 살균, 탈취, 세정 기능을 동시에 획득할 수 있도록 하는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 금속 가공유 또는 절삭유는 석유계 기유와 유화제 등 미생물의 영양원이 되는 물질을 많이 함유하고 있어 미생물이 과다 번식할 경우 pH의 저하, 점도의 변화, 방청성의 저하 등 수용성 절삭유의 질이 저하되어 수명이 감소 될 뿐만 아니라 공구에 손상을 주고, 관을 막음으로써 공정에 지장을 주기도 한다.

이러한 미생물 번식으로 오염을 방지하거나 억제하기 위한 목적으로 방부제를 사용하는데, 이러한 살균 방부제에는 포름알데히드 비방출형과 페놀 유도체, 트리아졸과 피리딘 유도체 등이 있으며, 포름알데히드 방출형에는 트리아진과 이미다졸 등이 있다.

하지만, 금속 가공유에 많은 양의 부패 방지제를 첨가하거나, 여러 종류의 부패 방지제를 혼합하여 첨가 사용할 경우 인체에 대하여 경구 독성을 유발하거나 피부 균열, 피부염, 피부암 등을 유발시키는 문제를 발생시킨다.

또한, 금속 가공유를 통상적으로 사용하는 작업장에서는 작업유 미스트(mist)의 표류 때문에 특수한 냄새가 작업장 전 지역을 침투하게 된다.

이와 같은 대기 또는 수질 등의 환경적 문제를 해결함과 동시에 인체 무해성이 강화된 금속 가공유 또는 금속 가공용 절삭수의 개발 필요성이 절실히 부각되고 있는 실정이다.

또한, 수용성 절삭수는 물로 희석하여 사용하는 유제로서, 희석액의 외관에 따라 1종에서 3종까지 분류된다. 특히, 희석액의 외관 차이는 조성 성분의 차이와 밀접한 관계가 있고 조성 성분의 차이는 성상과 성능에 상당한 영향을 미친다.

현재까지, 수용성 절삭유제는 그 종류에 따라 1종의 에멀젼 타입(Emulsion Type), 2종의 솔루브 타입(SolubleType), 3종의 솔루션 타입(Solution Type)으로 구분되어 있는 데, 에멀젼 타입은 물을 희석하면 우유와 같은 불투명액이 되고, 솔루브 타입은 반투명액이 되며 솔루션 타입은 완전한 투명액이 된다.

이처럼 액의 형태가 변하는 것은 수용성 절삭수제의 조제 시 첨가되는 여러가지 계면활성제와 그 밖에 기유, 윤활활성제, 극압첨가제, 방청첨가제, 방부살균제, 소포제 등의 첨가여부와 그 양에 따라 결정되는 데, 이러한 조성 성분에 있어서도 그 종류에 따라 상술한 원료와 함께 에멀젼 타입은 물이 최대 10%, 솔루브 타입은 물이 최대 40%, 솔루션 타입은 물이 최대 70%까지 사용된다.

그러나, 현재까지 수용성 절삭수를 조제 시 일반적으로 공업용수를 사용하고 있다. 공장에서 사용되는 공업용수는 쉽게 공급이 가능하고, 최근에는 정제공정 또한 용이하여 석회질이 거의 없으나, 정제를 위해 투입되는 다량의 화학물질로 인해 인체에 절대적으로 무해할 수는 없다.

아울러, 염소계 극압제를 함유하는 절삭수(cutting fluids)는 환경오염을 일으키는 소각기의 부식과 손상 및 염소 가스의 방출, 뿐만 아니라 폐기물 소각 동안 다이옥신의 발생을 초래하여 비난 받아오고 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 수용성 절삭수의 조제 시 pH를 높이기 위해 첨가되는 무기알카리의 첨가량을 줄여 조제비용을 절감시키고, 화학물질의 사용을 절제하게 하여 인체에 무해한 영향을 제공할 수 있도록 하고, 전해수가 가지는 자체적인 방청, 살균, 탈취, 세정 기능을 동시에 획득할 수 있도록 하는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적은, 본 발명에 따라, 전해수 46 ~ 56 중량%, 탄산칼륨 4 ~ 10 중량%, 수산화칼륨 0.1 ~ 1 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 붕사 0.25 ~ 7 중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(DEG) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%, pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%, 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%, 활제 0.05 ~ 1 중량%가 혼합조성된 것을 특징으로 하는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물에 의해 달성된다.

한편, 상기한 목적은, 본 발명에 따라, 전해수를 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 혼합탱크(100)에 46 ~ 56 중량%를 충진하는 전해수 충진단계(S1)와; 상기 혼합탱크(100)에 충진된 전해수에 용해가 잘 되는 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 탄산칼륨 4 ~ 10 중량%, 수산화칼륨 0.1 ~ 1 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 붕사 0.25 ~ 7 중량%로 이루어진 제1첨가물을 첨가하는 제1첨가물 첨가단계(S2)와; 상기 제1첨가물 첨가단계(S2)에서 제1첨가물이 첨가되면, 18℃ ~ 35℃에서 1시간 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 교반시켜 전해수와 제1첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제1교반용해단계(S3)와; 상기 제1교반용해단계(S3)에 의해 전해수에 제1첨가물들이 용해되면, 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(DEG) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%로 이루어진 제2첨가물을 첨가하는 제2첨가물 첨가단계(S4)와; 상기 제2첨가물 첨가단계(S4)에서 제2첨가물이 첨가되면, 18℃ ~ 35℃에서 1시간 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 교반시켜 제2첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제2교반용해단계(S5)와; 상기 제2교반용해단계(S5)에 의해 제2첨가물이 용해되면, 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%와 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%와 활제 0.05 ~ 1 중량%로 이루어진 제3첨가물을 순차첨가하되, 조성물 첨가 시 마다 각각 20분 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 교반시켜 제3첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제3첨가물 첨가단계(S6)와; 상기 제3첨가물 첨가단계(S6)에 의해 제3첨가물이 혼합되면, 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 1시간 동안 혼합교반시키는 제3교반용해단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 제조방법에 의해 달성된다.

그리고, 상기 제1교반용해단계(S3), 제2교반용해단계(S5), 제3교반용해단계(S7)에서는 혼합탱크(100)의 하부 드레인 밸브(108)를 통해 에어를 공급하여 형성되는 기포가 내용물 내부에서 확산되면서 상부로 솟아오르게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 지속적이고 우수한 내부패성을 발휘하며, 인체 또는 환경에 악영향을 미칠 수 있는 화학물질의 첨가량을 절제함으로써 인체에 보다 안전하고 환경에 대한 영향이 적으며 공업적으로 사용 시 반영구적으로 사용할 수 있으며, 기존에 출시되어 있는 수용성 절삭수 조성물 이상의 가공성능을 발휘하며 수명이 반영구적이고 수용성 절삭수 사용액 교환 또는 폐기 시 발생하는 폐액의 양이 감소하고 또한 폐수처리 시에도 환경에 미치는 영향을 최소화 할 수 있는 효과를 가진다.

아울러, 본 발명은 절삭수의 부패가 확실히 방지되고 성능이 향상되어 금속 표면을 손상시키는 일 없이 정밀하게 가공할 수 있으며, 금속 표면에 피막을 형성하여 금속 산화를 방지하고, 강한 살균력과 방청 작용, 항균 및 탈취 작용, 우수한 탈지 세정력을 가짐과 아울러 인체에도 무해하기 때문에 쾌적한 작업 환경을 조성할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 제조방법을 시계열적으로 도시한 플로우챠트.
도 2는 본 발명에 따른 혼합탱크의 구조를 도시한 부분 절결 사시도.

본 발명에 따른 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 및 그 제조방법을 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물은 전해수 46 ~ 56 중량%, 탄산칼륨 4 ~ 10 중량%, 수산화칼륨 0.1 ~ 1 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 붕사 0.25 ~ 7 중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(DEG) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%, pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%, 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%, 활제(AquaFLON 60) 0.05 ~ 1 중량%가 혼합조성된다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 전해수는 물의 전기분해를 통해 생성되는 알카리성 이온수를 말하는 것으로서, 살균 소독제, 세정제, 세제, 왁스, 농약 등의 화학물질 대용으로도 많이 사용될 뿐만 아니라 계면 활성제, 알콜 성분 등의 화학물질이 포함되지 않은 생체에 무해한 친환경적 액체이기 때문에 각종 오염 물질을 감소 또는 제거하는 다양한 분야에 활용되고 있다.

본 발명의 전해수는 공지의 제조방법으로 생성될 수 있는데, 화학 물질 성분을 전혀 포함하고 있지 않으며, 인체에 무해하고 안전하다. 또한, 화학 세정제와 동등 이상의 탈지 세정 능력, 강한 방청 작용, 및 강한 살균력을 가진다.

전해수는 절삭수의 기본원료로서, pH 12.8 이상의 강알카리성으로 된 것을 사용하여 제품의 pH를 높여 산화의 진행을 완화시킴으로써 절삭수의 수명을 연장하고, 인체에 무해하며, 알카놀아민이나 무기알카리 등의 화학물질의 사용을 저감할 수 있게 한다.

종래의 절삭수는 주원료로 물을 이용함으로써 대략 pH 9.0 ~ 10의 범위를 유지게 되는데, 이는 산성화로 인해 부패가 금방 일어날 수 있는 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 물 대신 강알카리성을 지닌 전해수를 사용하여 제품의 부패현상을 지연하고, 알카리화를 위해 투입되는 알카놀아민, 무기알카리 등의 화학물질의 사용을 낮출 수 있게 하는 장점을 가지게 된다.

또한, 전해수는 자체적으로 세정성, 탈취성, 살균성, 방청성을 가지고 있기 때문에 부패방지제, 방청제 등의 첨가량을 현저하게 줄일 수 있다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 전해수는 100 중량%를 기준으로 46 ~ 56 중량%를 첨가하는 바, 전해수의 함량이 46 중량% 미만일 경우, pH 값이 기 지정된 규격 이하로 떨어져 품질을 저하시키고, 전해수의 자체 성능인 방청기능이 떨어지게 될 우려가 있다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 탄산칼륨(Potassium Carbonate, K₂CO₃)은 유기계 절연막에 대한 박리력을 향상시키는 무기염기 또는 그의 염으로서, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 4 ~ 10 중량%를 첨가하며, 그 첨가량이 4 중량% 미만인 경우에는 유기계 절연막에 대한 박리력 상승 효과가 미미하며, 10 중량% 초과인 경우에는 증량에 따른 효과가 미미하여 비경제적이다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 수산화칼륨(KOH)은 유기계 절연막에 대한 박리력을 향상시키는 무기염기 또는 그의 염으로서 pH 조정제로서 pH를 향상시키며, 저농도로 첨가되기 때문에, 탈지력이 우수할 뿐 아니라 백태현상(white coating)을 예방할 수 있고, 금속 표면으로부터 처리제를 제거하기 위해 실시하는 헹굼 작업의 횟수가 적어지므로 헹굼작업에 소요되는 용수의 사용량도 줄일 수 있으며, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 100 중량%를 기준으로 수산화칼륨은 0.1 ~ 1 중량%를 첨가한다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, Ethylene Diamine Tetra Acetic acid)은 산세정제에 용해된 금속이온에 대한 킬레이트 효과를 나타내는 작용을 하는 것으로, 부식화반응에서 생성된 물질은 킬레이트 구조를 갖는 축중합 물질이기 때문에 킬레이트의 특성에 의해서 물속에 녹아 있는 금속이온을 킬레이트 슬러지에 포집하여 제거하는 역할을 한다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 에틸렌디아민테트라아세트산의 첨가량은 0.1 ~ 1 중량%가 바람직하며, 첨가량이 0.1 중량% 미만이 될 경우에는 충분한 킬레이트 효과가 나타나지 않아 산 세정 능력이 저하할 우려가 있고, 1 중량%를 초과할 경우에는 에틸렌디아민테트라아세트산의 함량 증대에 따른 킬레이트 효과가 특별히 더 이상 상승하지는 않는다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 붕사는 미생물의 성장 억제하는 방부제와 소독제 기능 및 pH의 완충역할(Buffer)을 위해 첨가되는 것으로, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 0.25 ~ 7 중량%를 첨가한다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 소포제는 폴리디메틸실록산, 변성폴리디메틸실록산, 유기 실리콘 유도체, 실리콘계 에톡시화물, 실리카 등의 실리콘계 소포제를 단독 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 0.1 ~ 1 중량%를 첨가하며, 0.1 중량% 미만으로 첨가되면 소포성능을 기대하기 어렵고 1 중량%를 초과하여 첨가하면 소포제의 분산성이 저하되어 침전 및 응집현상이 생기고, 가공소재에 따라 소포제가 소재 표면에 잔류하는 등의 단점이 발생한다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 세척보조제는 대정시약 또는 그린케미칼주식회사 등에서 제조되는 저 분자량 등급의 폴리에틸렌 글리콜 (PEG 400, Polyethylene glycol 400)을 사용하며, 투명하고 무색의 점성 액체로서, PEG 400은 독성이 낮기 때문에 다양한 제약 제제에 널리 사용되는 것으로, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 7 ~ 13 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 윤활 향상제는 리시놀레산(Ricinoleic acid), 피마자유(Ethoxylated castor oil) 등이 사용될 수 있으며, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 15 ~ 25 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie)은 알칼리성 물질로서 윤활제, pH 조정제, 유화제와 계면 활성제로 사용되는 것으로서, 지방산을 중성화하고, pH를 조정하고 완충하는 역할과 물에 충분히 용해되지 못하는 성분이나 기름을 용해하는 역할을 한다.

트리에탄올아민은, 방청제, 방식제, 청정제 등의 성분으로 사용되며, pH 유지제로서, pH를 상승시키고 유지하여 미생물의 장해를 최소화하고, 방청 성능을 부여하여 가공소재 및 공구를 보호하며, 외부로부터 산성물질이 소량 혼입될 경우 완충 작용을 통해 절삭수의 pH를 유지하는 역할을 한다.

상기 트리에탄올아민은 부식방지 및 pH 유지제로 환경적으로 안전한 물질이고, 절삭 후 생성되는 다이아몬드나 금속 찌꺼기에 대한 분산에 탁월하며, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 7 ~ 15 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 pH 조정제는 Milidin GX-3를 첨가하며, pH제어가 중요한 유화제 및 수용액 시스템의 첨가제로서 pH를 안정시켜 수용액과 에멀젼의 유효 수명을 연장시키고, 시간이 지나면서 용액이나 에멀젼에서 일어나는 화학 변화 중 완충(Buffer) 역할을 한다.

이러한 변화에는 pH를 낮출 수 있는 산화 및 첨가제 고갈의 영향이 포함되며, MilidinGX-3을 수성 용액 또는 유화제에 혼합할 수 있으므로 완제품의 농도가 1000 ~ 2000ppm이므로 pH제어에 충분하고, 알카라인 조건에서 안정적인 다른 첨가제와 호환되는 것으로서, 상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 0.1 ~ 1 중량%를 첨가한다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 부식방지제는 알루미늄, 동, 마그네슘 및 이들의 합금 가공 시 부식을 방지하기 위해 사용하는 것으로서, 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 머캅토벤조티아졸, 메타규산소다, 메타규산칼륨, 지방인산염 및 이들의 유도체를 사용할 수 있으며, 수용성 절삭수 조성물의 적용 대상이 되는 가공 소재에 따라 종류 및 첨가량을 조절하여 사용할 수 있으며, 첨가량은 0.1 ~ 1 중량%가 바람직하다.

상기 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물 중 활제(AquaFLON 60)는 테프론 분말이 분산된 에멀젼 형태로 윤활층을 유지하게 하며 수용성 절삭수 조성물의 100 중량%를 기준으로 0.05 ~ 1 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 조성되는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 조성물의 제조방법을 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전해수를 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 혼합탱크(100)에 46 ~ 56 중량%를 충진하는 전해수 충진단계(S1)를 실시한다.

이때, 상기 혼합탱크(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 원료를 투입하는 투입구(102)와, 구동모터(104)에 의해 구동되는 교반기(106)가 설치되어 있으며, 원료배합 및 교반용해 후 조성물을 배출시키는 드레인 밸브(108)가 하부에 설치된 구성이다.

본 발명에 따르면, 전해수를 수용성 절삭유 전체 100 중량%에 대하여 혼합탱크(100)에 46 ~ 56 중량%를 충진하는 전해수 충진단계(S1)를 실시한다.

그리고, 상기 혼합탱크(100)에 충진된 전해수에 용해가 잘 되는 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 탄산칼륨 4 ~ 10 중량%, 수산화칼륨 0.1 ~ 1 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 붕사 0.25 ~ 7 중량%로 이루어진 제1첨가물을 순차적으로 첨가하는 제1첨가물 첨가단계(S2)를 실시한다.

이때, 상기 제1첨가물들을 투입하는 순서는 특별하게 한정되지 않으며, 후술하게 될 제2첨가물들과 제3첨가물들도 투입하는 순서에는 특별히 한정되지 않는다.

여기서, 제1첨가물, 제2첨가물, 제3첨가물이 분류되어 각각 서로 다르게 투입되는 것은, 첨가물들이 전해수에 용해되는 시간과 각각의 첨가물들이 용해된 후 연속적으로 용해되어야 할 또 다른 첨가물들이 효율적으로 용해될 수 있도록 하면서 침전물의 발생이 억제되게 하기 위하여 시험한 결과값에 의해 얻어진 것이다.

그리고, 상기 제1첨가물 첨가단계(S2)에서 제1첨가물이 첨가되면, 18℃ ~ 35℃에서 1시간 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물(전해수 + 제1첨가물)을 교반시켜 전해수와 제1첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제1교반용해단계(S3)를 실시한다.

이때, 상기 혼합탱크(100)의 드레인 밸브(108)측에서는, 드레인 밸브(108)에 에어공급관을 형성하고, 이 에어공급관에 에어라인을 연결하여 에어를 공급함으로써, 드레인 밸브(108)측에서 혼합탱크(100)의 상부로 기포가 내용물 내부에서 확산되면서 상부로 솟아오르게 한다.

상기 에어는 주변의 공기를 콤프레셔로 압축하여 공급할 수도 있으며, 산소(O₂)나 질소(N₂) 등과 같이 인체에 무해한 특수 가스(에어)를 사용할 수 있으며, 바람직하게는, 주변의 공기나 산소(O₂)를 공급하여도 무방하나 인체에 무해하면서 전해수와 첨가물이 혼합 및 용해되면서 pH에 영향을 주지 않는 질소(N₂)를 공급하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1교반용해단계(S3)에 의해 전해수에 제1첨가물들이 용해되면, 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(DEG) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%로 이루어진 제2첨가물을 첨가하는 제2첨가물 첨가단계(S4)를 실시한다.

상기 제2첨가물 첨가단계(S4)에서가 실시되는 과정중에도 드레인 밸브(108)를 통하여 에어는 지속적으로 공급되어야 하며, 상기 제2첨가물 첨가단계(S4)에서 제2첨가물이 첨가되면, 18℃ ~ 35℃에서 1시간 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 교반시켜 제2첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제2교반용해단계(S5)를 실시한다.

상기한 바와 같이 제1교반용해단계(S3)에서 1시간을 교반용해시켜 첨가물을 전해수에 용해시킨 뒤에도 전해수에 완전히 용해되지 않은 침전물은 드레인 밸브(108)측에서 공급되는 에어와 기포에 의해 지속적으로 부상하면서 교반됨과 더불어 제2교반용해단계(S5)에서 또 한번 1시간 동안 내용물이 교반용해되는 과정을 거치게 되므로, 제1첨가물과 제2첨가물이 전해수에 용해되어질 수 있게 되어지는 것이다.

그리고, 상기 제2교반용해단계(S5)에 의해 제2첨가물이 용해되면, 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%와 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%와 활제(AquaFLON 60) 0.05 ~ 1 중량%로 이루어진 제3첨가물을 순차첨가하는 제3첨가물 첨가단계(S6)를 실시한다.

이때, 상기 제3첨가물 첨가단계(S6)에서는, 제3첨가물이 상기한 바와 같이 극소량이므로, 제3첨가물이 전해수에 용해되는데에는 큰 시간이 소요되지 않으나, 제3첨가물의 각 첨가물이 혼합되면서 분리되는 현상이 발생할 수 있으므로, 제3첨가물의 각 조성물 첨가 시 마다 각각 20분 만큼의 간격으로 투입되게 하되, 이때에도, 혼합탱크(100) 내부의 내용물은 지속적으로 교반되게 하여 제3첨가물이 용해되어 혼합되게 한다.

아울러, 제3첨가물 첨가단계(S6)에서 제3첨가물이 혼합되면, 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 1시간 동안 혼합교반시키는 제3교반용해단계(S7)를 수행한다.

상기 제3교반용해단계(S7)는 제1첨가물 첨가단계(S2), 제2첨가물 첨가단계(S4), 제3첨가물 첨가단계(S6)에 의해 투입된 첨가물이 18℃ ~ 35℃에서 혼합교반되는 것이며, 혼합탱크(100) 내부의 온도를 강제적으로 상승시킨 후 교반용해하는 것이 아니므로, 침전물이 드레인 밸브(108)에 고착될 수 있다.

따라서, 상기 제1교반용해단계(S3), 제2교반용해단계(S5), 제3교반용해단계(S7)에서는 혼합탱크(100)의 하부 드레인 밸브(108)측을 통해 지속적으로 에어가 공급될 수 있게 하고, 공급된 에어는 드레인 밸브(108)로부터 내용물의 상부까지 기포를 형성하고, 이 기포는 확산하면서 상부로 솟아오르고 이때, 전해수에 포함된 각각의 조성물이 부유되면서 자연스럽게 용해될 수 있게 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 드레인 밸브(108)측을 통해 공급되는 에어는 첨가물간의 교반효과와 용해효과를 상승시키고, 아울러, 드레인 밸브(108)의 내경에 침전물이 고착되는 것을 방지하여 조성된 절삭수의 배출이 원활하게 이루어지게 할 뿐만 아니라. 각 조성물의 함량이 전체적으로 균일하게 용해될 수 있게 함으로써, 필요로 하는 물성을 가지는 절삭수를 조성할 수 있게 한다.

상기한 수용성 절삭수는 금속을 기계가공하는 작업에서 이용하는 물질로서, 공구와 칩 또는 가공물과의 경계면에 침입하여 마찰, 마모, 용착 등을 방지하고, 발열의 억제와 발생열을 제거하여 공구의 수명을 연장하여 다듬질면의 향상과 가공물의 정밀도를 유지하도록 하기 위하여 이용된다.

특히, 상기한 바와 같이 제조된 수용성 절삭수는 사용과정에서 발생되는 산화로 인해 쉽게 부패되는 것을 방지하기 위하여 알칼리성으로 제조되며, 오랫동안 알칼리성이 보존됨으로써, 장시간 사용 시 온도와 습도에 의해 변질될 우려가 없고, 더불어, 공작물과 공구에 손상을 최소화하며, 윤활성능이 향상된 물성을 가지게 된다.

상기한 바와 같이 제조된 본 발명에 따른 수용성 절삭수는 pH가 12.8 ~ 13.3이며, 비중이 1.15 ~ 1.22이고, 농도가 22.0 ~ 24.0이다.

<실시예 1>

전해수 46 ~ 56 중량%, 탄산칼륨 1 ~ 10 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산 4나트륨염 (Tetrasodium EDTA, Tetrasodium Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 액상규산나트륨 0.25 ~ 7 중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(DEG) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%, pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%, 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%, 활제(AquaFLON 60) 0.05 ~ 1 중량%가 혼합조성된 수용성 절삭수를 공업용수에 7% 희석하여 절삭가공에 사용하였다. 복합기를 사용하여 초경합금의 리머작업과 드릴 작업을 동시에 실시하였다.

초경합금은 절삭저항이 큼에도 불구하고 열과 마찰에 강한 절삭수를 사용함으로써 리머작업과 드릴링이 원활하게 이루어졌다.

또한, 수분 증발에 따른 용수 공급과 함께 절삭수 원액을 초기와 동일한 비율로 보충함으로써 장기 사용에 따른 절삭수의 부패나 별질이 없이 가공작업이 가능하였다.

표1에 절삭수의 성능평가 결과를 나타내었다.

<실시예 2>

전해수 46 ~ 56 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산 4나트륨염 (Tetrasodium EDTA, Tetrasodium Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 액상규산나트륨 0.25 ~ 7 중량%, 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(글리세린) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%, pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%, 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%, 활제(AquaFLON 60) 0.05 ~ 1 중량%가 혼합조성된 수용성 절삭수를 공업용수에 7% 희석하여 절삭가공에 사용하였다.

복합기를 사용하여 리머작업과 드릴 작업을 동시에 실시하였다.

표1에 절삭수의 성능평가 결과를 나타 내었다.

시료	측정항목	가동 일수
시료	측정항목	0	7	14	21	28
실시예 1	pH	11.4	10.2	9.7	9.6	9.6
	Brix[%]	3.0	3.0	3.2	3.2	3.4
	취기	없음	없음	없음	없음	없음
	공작물 조도	양호	양호	양호	양호	양호
실시예 2	pH	11.4	10.2	9.0	8.6	8.5
	Brix[%]	3.0	3.2	3.2	3.4	3.4
	취기	없음	없음	약간	약간	심함
	공작물 조도	양호	양호	양호	양호	양호

100 : 혼합탱크 102 : 투입구
104 : 구동모터 106 : 교반기
108 : 드레인 밸브

Claims

전해수를 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 혼합탱크(100)에 46 ~ 56 중량%를 충진하는 전해수 충진단계(S1)와;
상기 혼합탱크(100)에 충진된 전해수에 용해가 잘 되는 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 탄산칼륨 4 ~ 10 중량%, 수산화칼륨 0.1 ~ 1 중량%, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA, Ethylene Diamine Tetra Acetic acid) 0.1 ~ 1 중량%, 붕사 0.25 ~ 7 중량%로 이루어진 제1첨가물을 첨가하는 제1첨가물 첨가단계(S2)와;
상기 제1첨가물 첨가단계(S2)에서 제1첨가물이 첨가되면, 18℃ ~ 35℃에서 1시간 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 교반시켜 전해수와 제1첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제1교반용해단계(S3)와;
상기 제1교반용해단계(S3)에 의해 전해수에 제1첨가물들이 용해되면, 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 소포제 0.1 ~ 1 중량%, 세척보조제 7 ~ 13 중량%, 윤활 향상제(DEG) 15 ~ 25 중량%, 트리에탄올아민(TEA, Triethanolanie) 7 ~ 15 중량%로 이루어진 제2첨가물을 첨가하는 제2첨가물 첨가단계(S4)와;
상기 제2첨가물 첨가단계(S4)에서 제2첨가물이 첨가되면, 18℃ ~ 35℃에서 1시간 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 교반시켜 제2첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제2교반용해단계(S5)와;
상기 제2교반용해단계(S5)에 의해 제2첨가물이 용해되면, 수용성 절삭수 전체 100 중량%에 대하여 pH 조정제 0.1 ~ 1 중량%와 부식방지제 0.1 ~ 1 중량%와 활제(AquaFLON 60) 0.05 ~ 1 중량%로 이루어진 제3첨가물을 순차첨가하되, 조성물 첨가 시 마다 각각 20분 동안 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 교반시켜 제3첨가물이 용해되어 혼합되게 하는 제3첨가물 첨가단계(S6)와;
상기 제3첨가물 첨가단계(S6)에 의해 제3첨가물이 혼합되면, 혼합탱크(100) 내부의 내용물을 1시간 동안 혼합교반시키는 제3교반용해단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1교반용해단계(S3), 제2교반용해단계(S5), 제3교반용해단계(S7)에서는 혼합탱크(100)의 하부 드레인 밸브(108)를 통해 에어를 공급하여 형성되는 기포가 내용물 내부에서 확산되면서 상부로 솟아오르게 하는 것을 특징으로 하는 전해수를 기반으로 하는 수용성 절삭수 제조방법.
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