KR102525884B1 - 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 알칼리 이온수에 산성계 미생물을 중량비 5:5의 비율로 혼합하고 교반하여 베이스 혼합물을 형성하는 단계(S110)와, 베이스 혼합물을 건조하여 분말을 형성하는 단계(S120)와, 분말을 압축하여 과립형 이온미생물 고형제를 형성하는 단계(S130)를 포함하여, 이온미생물을 함유하는 분말 또는 과립형 이온미생물 고형제를 절삭유탱크(110) 내의 기계가공절삭유에 투입하여 산패를 방지할 수 있는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법을 개시한다.

Description

수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING SOLID FORMULATON FOR PREVENTING CORRUPTION OF WATER-SOLUBLE CUTTING OIL}
본 발명은 중금속이 포함되지 않고 천연물질을 배합하여 인체에 무해하며, 알칼리 이온수에 의해 장치의 부식을 예방하며, 절삭유탱크 내의 유막 분자를 제거하여 절삭성을 양호하게 하고 악취 발생을 억제할 수 있는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 산업현장의 선반, 밀링 또는 머시닝센타에서 행하는 작업으로는 주철, 비철 등을 가공시 공구수명의 연장, 가공정밀도 향상, 칩(Chip)의 신속한 제거, 절삭율 증대, 전력소모 감소, 냉각, 윤활 작용, 방청, 방삭 작용, 구성인선 개선에 필요로 하는 것이 절삭유이다.
이와 같은 절삭유에는 냉각성에 중요성을 둔 수용성 절삭유와, 윤활성, 반용착성 및 침투성을 이용하여 열 발생을 적게 하는데 중요성을 둔 불수용성 절삭유로 대별할 수 있다.
한편, 수용성 절삭유는 에멀션형과 솔루블형으로 구분하여 사용되고, 에멀션형은 광유 및 계면 활성제를 주성분으로 하고 희석액은 보통 유백색을 띠고, 솔루블형은 계면 활성제 및 방청제로 이루어지고 희석액은 투명 또는 반투명이다.
윤활성이 비교적 양호한 에멀션형은 절삭용, 침투성과 세정성이 양호한 솔루블형은 연삭용으로 구분되어 적용되고 있다. 여기에 극압 첨가제를 배합해 윤활성을 좀 더 높일 수 있는데, 특히 에멀션의 경우 지금까지 수용성화는 어렵다고 했던 저속 중절삭에도 적용되고 있다. 또한, 부차적인 성질로 수용성 절삭유에는 연기가 나거나 화재의 걱정이 없다는 이점이 있는 반면, 녹이나 부패의 발생에 문제점이 많아 가공 후 절삭유를 제거상태에서 가공품 보관을 하면 녹이 발생하여 상품성이 떨어지는 현상이 발생되고 있다.
특히, 가공 장비에서 습동유와 윤활유가 절삭유로 유출되어 수용성 절삭유의 부패와 가공성을 떨어뜨리는 결과를 초래하고 있어서, 가공성과 소음과 마찰계수 향상을 위해 사용하는 절삭유가 효과를 반감시키는 역할을 하면 기능성이 떨어져 소비자로부터 외면을 받게 된다. 현재 국내에는 절삭유 탱크 내에 적재된 오일 제거를 위해 유수 분리장치, 오일만 흡입하는 오일 스키머, 오일을 걸려주는 필터링 시스템, 부패방지용 액상 등이 다양하게 사용되고 있으나, 절삭유 부패를 초래하는 요인으로는 가공 후 유입된 절삭칩 조각과 오일을 제대로 걸려 내지 못하고 쌓여 있어, 절삭유가 pH6이하로 떨어지면서 박테리아 발생으로 악취가 유발되고 있다.
또한, 솔루블형에는 물이 최대 95%까지 희석하여 사용하고 있어, 기계가동율에 따라 동절기와 하절기 별로 절삭성이 상이하고, 겨울철에는 절삭유가 얼음으로 되어 사용이 어렵게 되는 경우가 다반사다.
탱크 내 물이 있어 냉각 기능은 있으나, 일정시간 기계 가동율에 따라 절삭성이 현저히 떨어짐 현상이 초래되며 기계에서 흘러나온 오일은 물과 섞이지 않아 물속에서 오일이 분리되어 절삭유 표면에 떠 있는 현상과 유막이 적은 것은 절삭유와 혼합되어 작동 펌프에서 가공부로 송출하게 된다. 이때 절삭가공 공구 냉각이나 절삭성 개선보다는 오일의 표면적이 작은 물방울 모양으로 표출이 되어 절삭성 저하와 가공 상태의 표면조도 저하 등이 생긴다. 또한, 가공부는 미세한 선으로 가공형성이 되어 있기 때문에 표면적이 적은 절삭유가 가공부에 흡착되어 일정한 시간이 지나면 흡착된 절삭유 부는 녹이 발생하게 된다.
즉, 흡착된 절삭유는 가공인선에 의해 산소와 접하는 순간 녹 발생으로 품질이 저하되는 현상이 발생하고, 가공된 칩이 절삭유 탱크로 유입되어 시간이 지나면 작은 칩과 부수러기는 슬러지로 생성되어 쌓이고 쌓여서 오일과 절삭칩은 쌓이는 순간부터 절삭유 탱크 내의 산도가 떨어져 절삭유의 기능이 현저히 감소하고, 자체 내에서 산패로 인한 박테리아가 생성되어 pH8 이상의 산도를 유지하여야 함에도 pH6까지 떨어지면서 악취 유발의 원인으로 가공성, 표면조도, 공구수명 저하의 원인이 되어 절삭유로서의 기능이 점차 잃어가게 된다.
또한, 박테리아는 작업자의 호흡기로 유입되어 작업자 건강을 해치는 요인이 된다.
이에, 중금속이 포함되지 않고 천연물질을 배합하여 인체에 무해하며, 알칼리 이온수에 의해 장치의 부식을 예방하며, 절삭유탱크 내의 유막 분자를 제거하여 절삭성을 양호하게 하고 악취 발생을 억제할 수 있는 기술이 요구된다.
한국 등록실용신안공보 제20-0189137호 (절삭유 재생처리장치, 2000.07.15) 한국 공개특허공보 제10-2020-0033442호 (수용성 절삭유의 조성물, 2020.03.30)
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 중금속이 포함되지 않고 천연물질을 배합하여 인체에 무해하며, 알칼리 이온수에 의해 장치의 부식을 예방하며, 절삭유탱크 내의 유막 분자를 제거하여 절삭성을 양호하게 하고 악취 발생을 억제할 수 있는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 알칼리 이온수에 산성계 미생물을 중량비 5:5의 비율로 혼합하고 교반하여 베이스 혼합물을 형성하는 단계: 상기 베이스 혼합물을 건조하여 분말을 형성하는 단계; 및 상기 분말을 압축하여 과립형 이온미생물 고형제를 형성하는 단계;를 포함하여, 이온미생물을 함유하는 상기 분말 또는 상기 과립형 이온미생물 고형제를 절삭유탱크 내의 기계가공절삭유에 투입하여 산패를 방지하는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 알칼리 이온수는, 물과, 칼륨 0.05중량%와, 소금 0.01중량%와, 구연산 0.05중량%를 혼합하고, 전기분해를 통해 알칼리를 생성하고, 가수분해처리하여 pH12.5로 형성할 수 있다.
또한, 상기 산성계 미생물은 pH5 내지 pH6의 바실러스계 미생물일 수 있다.
또한, 상기 베이스 혼합물을 동결건조 또는 감압건조하여 상기 분말을 형성할 수 있다.
또한, 상기 분말에 부형제를 중량비 8 : 2의 혼합비율로 배합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 분말 또는 상기 부형제가 배합된 분말을 타정하여 상기 과립형 이온미생물 고형제를 형성할 수 있다.
또한, 절삭유를 수용하는 절삭유탱크, 상기 절삭유탱크 내측에 배치되고, 상기 과립형 이온미생물 고형제를 50배 내지 100배수의 물에 희석시켜 이온미생물 액상을 수용하는 이온수탱크와, 상기 이온수탱크로 상기 과립형 이온미생물 고형제를 리필하는 보조탱크와, 상기 절삭유탱크의 바닥면에 설치되고, 상기 이온수탱크와 연결된 에어라인과 연결되어 버블을 생성하여 제공하는 버블파이프와, 상기 이온수탱크로부터 상기 버블파이프로 희석된 이온미생물 액상을 노즐을 통해 절삭유로 분사하는 모터 및 버블펌프와, 상기 절삭유탱크 내의 pH를 측정하는 pH센서를 포함하여, pH에 따라 절삭유로 이온미생물 액상의 양을 조절하여 pH8 이상의 산도를 유지하도록 분사할 수 있다.
또한, 0.0001㎛ 이하의 메쉬크기를 갖고, 양극 및 음극이 배치된 필터망으로 고압모터에 의해 물을 고압펌핑하여 이물질을 여과하고, 필터격막에 의해 구획된 상기 이온수탱크 내에서 산성수와 알칼리수로 각각 구분되어 전환하여 상기 알칼리 이온수를 추출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 중금속이 포함되지 않고 천연물질을 배합하여 인체에 무해하며, 알칼리 이온수에 의해 장치의 부식을 예방하며, 절삭유탱크 내의 유막 분자를 제거하여 절삭성을 양호하게 하고 악취 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 혐기성 및 호기성 복합제로 절삭유 내부의 박테리아를 제거하며, 절삭가공시, 기계가공기의 공구와 절삭제의 공구수명과 표면조도를 향상시키고, 수용성으로서, 가공 후 피삭제 표면에 묻어 있는 절삭유의 건조 후에도 상온에서 슬러지 내에 녹이 발생하지 않고, 절삭유에 대장균, 식중독균 또는 병원성 세균이 존재하지 않도록 하는 효과가 있다.
더 나아가, 이온수와 미생물을 혼배합 후 과립형으로 제작한 후 물에 용해시켜 사용하면, 유기질/무기질 비료 재료로 사용가능하고 식물과 토양에 살포하여 농작물 성장 촉진 및 토질개량에 최적의 효과를 창출할 수 있을 뿐만 아니라 미분말 고형제는 물에 용해시켜 세정제로 사용하여 기름때 제거 및 화장실과 변기와 바닥 세척에도 사용이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법을 구현하기 위한 장치의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1의 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법의 분말 및 과립형의 고형제를 각각 예시한 것이다.
도 4는 도 1의 수용성 절삭유의 부패확인 설험을 비교예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법은, 알칼리 이온수에 산성계 미생물을 중량비 5:5의 비율로 혼합하고 교반하여 베이스 혼합물을 형성하는 단계(S110)와, 베이스 혼합물을 건조하여 분말을 형성하는 단계(S120)와, 분말을 압축하여 과립형 이온미생물 고형제를 형성하는 단계(S130)를 포함하여, 이온미생물을 함유하는 분말 또는 과립형 이온미생물 고형제를 절삭유탱크(110) 내의 기계가공절삭유에 투입하여 산패를 방지하는 것을 요지로 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 전술한 구성의 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 베이스 혼합물 형성 단계(S110)에서는, 알칼리 이온수에 산성계 미생물을 중량비 5:5의 비율로 혼합하고, 교반기에 의해 교반하여서, 이온수와 미생물이 혼합된 베이스 혼합물(base mixture)을 형성한다.
여기서, 알칼리 이온수는, 물과, 칼륨(K) 0.05중량%와, 소금(NaOH) 0.01중량%와, 구연산(citric acid) 0.05중량%를 혼합하고, 전기분해를 통해 알칼리를 생성하고, 가수분해처리하여서, pH12.5의 물로 형성하여서, 박테리아 생성을 억제하게 사멸시키는 역할을 한다.
한편, 산성계 미생물은 pH5 내지 pH6의 고초균이라 불리는 바실러스계 미생물(Bacillus microorganism)일 수 있으나, 이에 특별히 제한되지 않고 pH5 내지 pH6의 다양한 산성계 미생물이 적용될 수 있다.
또한, 산성계 미생물, 특히 바실러스균주는 유해미생물을 억제하여 냄새를 제거할 수 있다.
다음, 건조 및 분말 형성 단계(S120)에서는, 앞서 형성된 베이스 혼합물을 건조하여 분말(도 3의 (a) 참조)을 형성한다.
여기서, 베이스 혼합물을 동결건조기에 의해 동결건조 또는 감압농축기에 의해 감압건조하여 농축된 분말을 형성할 수 있다.
다음, 이온미생물 고형제 형성 단계(S130)에서는, 타정기(tablet machine)에 의해 농축된 분말을 압축하여 직경 5cm 크기의 환경친화적인 과립형 이온미생물 고형제(도 3의 (b) 참조)를 형성하여서 상온에서 보관이 용이하도록 할 수 있다.
한편, 건조 및 분말 형성 단계(S120)에서, 분말에 부형제를 중량비 8 : 2의 혼합비율로 배합하고(S125), 부형제가 배합된 분말을 타정하여 환경친화적인 과립형 이온미생물 고형제를 형성할 수도 있다(S135).
여기서, 부형제는 고형제에 특정 형태를 주거나 균일하게 배합하기 위한 첨가물일 수 있다.
이후, 일정 크기의 과립형 이온미생물 고형제를, 20℃ 이하의 조건에서, 불투명 포장지에 10개씩 포장하는 단계(S140)를 수행할 수 있다.
이후, 직사광선을 피해 통풍이 원활한 보관장소에서 20℃ 이내에서 보관한 후 최종 제품으로 출하하는 단계(S150)를 수행할 수 있다.
이에, 이온미생물을 함유하는 분말 또는 과립형 이온미생물 고형제를 절삭유탱크(110) 내의 기계가공절삭유에 투입하여 산패(rancidity)를 방지하도록 할 수 있다.
즉, 기계가공절삭유는 중성 pH7 내지 pH8을 지니는데, 시간이 지남에 따라 pH가 5이하로 떨어져 악취가 발생하고, 기계가공기에 박테라이아가 증식하여 녹이 발생하게 되어 내구성을 저하시는데, 본 실시예에 의한 제조방법에 의해 제조된 분말 또는 고형제를 기계가공절삭유에 투입하면, 박테리아가 생기지 않고, 악취도 발생하지 않게 된다.
한편, 도 2는 도 1의 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법을 구현하기 위한 장치의 개략적인 구성도를 도시한 것으로서, 이를 참조하여, 기존의 절삭유 냉각기, 오일스키머 또는 오일 냉각기를 대체할 수 있는, 절삭유를 사용하는 기계가공기의 주요 구성을 상술하면 다음과 같다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 앞서 상술한 절삭유를 사용하는 기계가공기는, 절삭유를 수용하는 절삭유탱크(110), 절삭유탱크(110) 내측에 배치되고, 과립형 이온미생물 고형제를 50배 내지 100배수의 물에 희석시켜 이온미생물 액상을 수용하는 이온수탱크(120)와, 이온수탱크(120)로 과립형 이온미생물 고형제를 리필하는 보조탱크(130)와, 절삭유탱크(110)의 바닥면에 설치되고, 이온수탱크(120)와 연결된 에어라인(121)과 연결되어 버블을 생성하여 제공하는 버블파이프(140)와, 이온수탱크(120)로부터 버블파이프(140)로 희석된 이온미생물 액상을 노즐을 통해 절삭유로 분사하도록 하는 모터 및 버블펌프(150)와, 절삭유탱크(110) 내의 pH를 측정하는 pH센서(160)를 포함하여서, 측정된 절삭유의 pH에 따라 절삭유로 이온미생물 액상의 양을 조절하여 pH8 이상의 산도를 유지하도록 노즐을 통해 분사할 수 있다.
여기서, 도시되지는 않았으나, 0.0001㎛ 이하의 메쉬크기를 갖고, 양극 및 음극이 배치된 필터망으로 고압모터에 의해 물을 고압펌핑하여 이물질을 여과하고, 필터격막에 의해 구획된 이온수탱크(120) 내에서 산성수와 알칼리수로 각각 구분되어 전환하여 알칼리 이온수를 추출할 수도 있다.
한편, 도 4는 도 1의 수용성 절삭유의 부패확인 설험을 비교예시한 것으로서, 이를 참조하면, 본 실시예에 의한 고형제(미분말)를 적용한 절삭유 부패 및 박테리아 테스트를 수행한 결과를 살펴보면, 적용 전에는 절삭유에 박테리아가 생성되는데 반해, 적용 후 1일경과 후에는 절삭유에 박테리아가 생성되지 않고 있음을 절삭유의 색상 변화를 육안으로도 식별이 가능하다.
또한, 본 실시예에 의한 알칼리 이온수 액상을 적용한 녹 방지 테스트를 수행한 결과를 살펴보면, 144h 경과 후에 일반 물에서는 금속시편에 녹이 발생하고, 알칼리 이온수에 녹이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
참고로, 앞서 언급한 바와 같이 바실러스계 미생물과 알칼리 이온수를 혼합하여 고형제를 제조하여서, 오일과 절삭유의 사용의 장기간 지속에 따라 절삭유탱크 자체 내에서 산패되는 박테리아 균주, 기계 자체 발열, 가공으로 인한 절삭유의 온도상승 또는 자연 산패를 억제하고 슬러지 내의 박테리아 생성을 억제하는 기능을 수행할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법의 구성에 의해서, 중금속이 포함되지 않고 천연물질을 배합하여 인체에 무해하며, 알칼리 이온수에 의해 장치의 부식을 예방하며, 절삭유탱크 내의 유막 분자를 제거하여 유막을 분리하고 오일의 점도를 완화시켜 절삭성을 양호하게 하고 악취 발생을 억제할 수 있으며, 혐기성 및 호기성 복합제로 절삭유 내부의 박테리아를 제거하며, 절삭가공시, 기계가공기의 공구와 절삭제의 공구수명과 표면조도를 향상시키고, 수용성으로서, 가공 후 피삭제 표면에 묻어 있는 절삭유의 건조 후에도 상온에서 슬러지 내에 녹이 발생하지 않고, 절삭유에 대장균, 식중독균 또는 병원성 세균이 존재하지 않고, 이온수와 미생물을 혼배합 후 과립형으로 제작한 후 물에 용해시켜 사용하면, 유기질/무기질 비료 재료로 사용가능하고 식물과 토양에 살포하여 농작물 성장 촉진 및 토질개량에 최적의 효과를 창출할 수 있을 뿐만 아니라 미분말 고형제는 물에 용해시켜 세정제로 사용하여 기름때 제거 및 화장실과 변기와 바닥 세척에도 사용이 가능하다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
S110 : 베이스 혼합물 형성 단계
S120 : 건조 및 분말 형성 단계
S125 : 부형제 배합 단계
S130 : 이온미생물 고형제 형성 단계
S135 : 이온미생물 고형제 형성 단계
S140 : 포장 단계
S150 : 제품 출하 단계
110 : 절삭유탱크 120 : 이온수탱크
121 : 에어라인 130 : 보조탱크
140 : 버블파이프 150 : 모터 및 버블펌프
160 : pH센서

Claims (8)

  1. 알칼리 이온수에 산성계 미생물을 중량비 5:5의 비율로 혼합하고 교반하여 베이스 혼합물을 형성하는 단계:
    상기 베이스 혼합물을 건조하여 분말을 형성하는 단계; 및
    상기 분말을 압축하여 과립형 이온미생물 고형제를 형성하는 단계;를 포함하여, 이온미생물을 함유하는 상기 분말 또는 상기 과립형 이온미생물 고형제를 절삭유탱크 내의 기계가공절삭유에 투입하여 산패를 방지하고,
    상기 절삭유탱크는,
    상기 절삭유탱크 내측에 배치되고 상기 과립형 이온미생물 고형제를 50배 내지 100배수의 물에 희석시켜 이온미생물 액상을 수용하는 이온수탱크와,
    상기 이온수탱크로 상기 과립형 이온미생물 고형제를 리필하는 보조탱크와, 상기 절삭유탱크의 바닥면에 설치되고 상기 이온수탱크와 연결된 에어라인과 연결되어 버블을 생성하여 제공하는 버블파이프와,
    상기 이온수탱크로부터 상기 버블파이프로 희석된 이온미생물 액상을 노즐을 통해 절삭유로 분사하는 모터 및 버블펌프와,
    상기 절삭유태크 내의 절삭유의 pH를 측정하는 pH센서를 포함하여, pH에 따라 절삭유로 이온미생물 액상의 양을 조절하여 pH8 이상의 산도를 유지하도록 분사하는 것을 특징으로 하는 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 이온수는,
    물과, 칼륨 0.05중량%와, 소금 0.01중량%와, 구연산 0.05중량%를 혼합하고, 전기분해를 통해 알칼리를 생성하고, 가수분해처리하여 pH12.5로 형성하는 것을 특징으로 하는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산성계 미생물은 pH5 내지 pH6의 바실러스계 미생물인 것을 특징으로 하는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 혼합물을 동결건조 또는 감압건조하여 상기 분말을 형성하는 것을 특징으로 하는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분말에 부형제를 중량비 8 : 2의 혼합비율로 배합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분말 또는 상기 부형제가 배합된 분말을 타정하여 상기 과립형 이온미생물 고형제를 형성하는 것을 특징으로 하는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    0.0001㎛ 이하의 메쉬크기를 갖고, 양극 및 음극이 배치된 필터망으로 고압모터에 의해 물을 고압펌핑하여 이물질을 여과하고, 필터격막에 의해 구획된 상기 이온수탱크 내에서 산성수와 알칼리수로 각각 구분되어 전환하여 상기 알칼리 이온수를 추출하는 것을 특징으로 하는, 수용성 절삭유 부패방지를 위한 고형제 제조방법.
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