KR102548443B1 - Aqueous colloidal suspension and cutting fluid comprising the same - Google Patents

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김용진
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Abstract

물, 육방정계 질화붕소(hBN) 입자, 분산제를 포함하는, 수계 현탁액 및 이를 물로 희석한 절삭유제를 개시한다.Disclosed is an aqueous suspension containing water, hexagonal boron nitride (hBN) particles, and a dispersant, and a cutting oil diluted with water.

Description

수계 현탁액 및 이를 포함하는 절삭유제 {Aqueous colloidal suspension and cutting fluid comprising the same}Aqueous colloidal suspension and cutting fluid comprising the same {Aqueous colloidal suspension and cutting fluid comprising the same}

본 발명은 수계 현탁액 및 이를 포함하는 절삭유제에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 물, 육방정 질화붕소(hBN) 입자, 분산제를 포함하고 육방정계 질화붕소(hBN) 입자가 균일하게 분산되고 일정기간 콜로이드 상태를 유지함으로써 O/W 에멀전 타입의 기존 수용성 절삭유 대비 우수한 절삭능(피삭재의 가공정밀도, 공구의 마모도)을 나타내며 다양한 분야의 가공에 필요한 냉각과 윤활 기능을 부여하는 육방정 질화붕소 입자 기반의 수계 현탁액 및 이를 물로 추가로 희석하여 사용하는 절삭유제에 관한 것이다.The present invention relates to an aqueous suspension and a cutting oil containing the same, and more particularly, to a cutting oil containing water, hexagonal boron nitride (hBN) particles, and a dispersant, wherein the hexagonal boron nitride (hBN) particles are uniformly dispersed for a certain period of time. By maintaining a colloidal state, it exhibits superior cutting performance (processing precision of workpieces, wear of tools) compared to existing water-soluble cutting oils of O/W emulsion type, and provides cooling and lubrication functions necessary for machining in various fields. Hexagonal boron nitride particle-based It relates to an aqueous suspension and a cutting oil used by further diluting it with water.

절삭유제(cutting fluid)는 가공 공정 중에 공구와 피삭재 상호간 가공면에 작용하여 냉각과 윤활 기능을 부여함으로서 피삭재의 표면가공 정밀도를 높이고 공구수명을 연장하는 목적으로 사용된다.Cutting fluid is used for the purpose of increasing the precision of surface machining of a workpiece and extending tool life by giving cooling and lubricating functions by acting on the machined surface between the tool and the workpiece during the machining process.

이러한 절삭유제는 크게 오일 기반의 비수용성 절삭유와 물에 희석해 사용하는 수용성 절삭유로 구분된다. 이 중에서 비수용성 절삭유는 윤활 성능이 우수하여 정밀한 가공에 사용되나 오일의 비점이 낮아 화재 위험성이 높고 냉각 성능이 떨어져 단단한 금속(Ti, Ni, SUS 등)에 적용이 어렵다. 이에 비해 수용성 절삭유는 냉각 성능은 우수하나 비수용성 절삭유 대비 윤활 성능이 떨어져 비철금속의 정밀 가공에 적용하기 어렵다. These cutting oils are largely divided into oil-based non-water-soluble cutting oils and water-soluble cutting oils diluted in water. Among them, non-aqueous cutting oil has excellent lubrication performance and is used for precise machining, but it is difficult to apply to hard metals (Ti, Ni, SUS, etc.) due to its low boiling point, high fire risk and poor cooling performance. On the other hand, water-soluble cutting oil has excellent cooling performance, but has poor lubrication performance compared to non-aqueous cutting oil, making it difficult to apply it to precision machining of non-ferrous metals.

또한, 종래의 오일 기반의 비수용성 절삭유는 물론 수용성 절삭유는 주로 석유계 및 에스테르계 식물성 오일을 사용하여 제조한 것을 물과 희석하여 사용하는 것으로, 절삭유를 재활용하는 과정에서 미생물 증식에 의해 썩는 문제가 있고, 역한 냄새가 많이 발생하여 작업자로 하여금 불편함을 느끼게 하여 작업환경이 좋지 않은 문제가 있으며, 수용성 절삭유의 경우 포함된 오일에 의해 폐수 처리가 난해한 문제가 있고 비수용성 절삭유는 연소시켜 없애므로 많은 이산화탄소가 발생하는 등 단점이 있다.In addition, conventional oil-based non-aqueous cutting oil as well as water-soluble cutting oil are mainly prepared using petroleum-based and ester-based vegetable oils and diluted with water, and there is a problem of rotting due to microbial growth in the process of recycling cutting oil. In the case of water-soluble cutting oil, it is difficult to treat wastewater due to the oil contained in water-soluble cutting oil. There are disadvantages, such as the generation of carbon dioxide.

한편, 특허문헌 1에는 이러한 환경에의 영향을 고려하여 친환경성을 강조하면서 기유로서 식물성유를 사용하는 기술이 공개되어 있지만 이 역시 오일 기반의 수용성 절삭유제로서 상기이 문제는 여전하다. 또한, 특허문헌 2 및 3에는 오일을 사용하지 않고 알카리성 전해이온수를 적용한 친환경 수용성 절삭유 기술이 공개되어 있지만, 유해성에 대한 근거는 명기되어 있으나 금속가공성이 기존 O/W 에멀전 타입의 수용성 절삭유 대비 크게 낮아 수용성 절삭유 적용에 한계가 있을 것으로 보인다.On the other hand, Patent Document 1 discloses a technique of using vegetable oil as a base oil while emphasizing eco-friendliness in consideration of the impact on the environment, but this problem remains as an oil-based water-soluble cutting oil. In addition, Patent Documents 2 and 3 disclose eco-friendly water-soluble cutting oil technology using alkaline electrolytic ionized water without using oil, but the grounds for harmfulness are specified, but metal workability is significantly lower than that of conventional O/W emulsion-type water-soluble cutting oil There seems to be a limit to the application of water-soluble cutting oil.

따라서 비수용성 절삭유의 윤활 성능과 수용성 절삭유의 냉각 성능을 동시에 충족하며, 오일을 사용하지 않는 탄소중립, 절삭유제 사용량을 최소화하는 청정가공, 폐수 및 폐유가 발생되지 않거나 획기적으로 감소된 자원순환 방식의 절삭유제가 필요한 상황이다.Therefore, it satisfies the lubricating performance of non-water-soluble cutting oil and the cooling performance of water-soluble cutting oil at the same time, carbon-neutral without oil, clean processing that minimizes the amount of cutting oil, and resource circulation method that does not or dramatically reduces waste water and waste oil. Cutting fluid is required.

한국 등록특허 제10-0665790호Korean Patent Registration No. 10-0665790 한국 등록특허 제10-2053046호Korean Registered Patent No. 10-2053046 한국 등록특허 제10-2146032호Korean Patent Registration No. 10-2146032

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 물, 육방정계 질화붕소(hBN) 입자, 분산제를 포함하고, 육방정계 질화붕소(hBN) 입자가 균일하게 분산되고 일정기간 콜로이드 상태를 유지함으로써 O/W 에멀전 타입의 기존 수용성 절삭유 대비 우수한 절삭능(피삭재의 가공정밀도, 공구의 마모도)을 나타내는 수계 현탁액 및 이를 포함하는 절삭유제를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and includes water, hexagonal boron nitride (hBN) particles, and a dispersing agent, wherein the hexagonal boron nitride (hBN) particles are uniformly dispersed and maintains a colloidal state for a certain period of time. Its object is to provide an aqueous suspension and a cutting oil containing the same that exhibit superior cutting performance (processing precision of a workpiece, wear of a tool) compared to conventional water-soluble cutting oil of an O/W emulsion type.

또한, 본 발명은 상기 수계 현탁액을 물로 더 희석하여 금속가공 등에 절삭유제로서 사용하되, 알카리 전해수, 금속 방청제, 동결방지제, 소포제, 방부제 중 하나 이상을 더 투입하여 피삭재 금속공작물의 가공정밀도 향상, 공구수명 연장 뿐만 아니라 방청, 동결방지, 거품억제, 살균 효과를 충족하는 육방정 질화붕소 입자 기반의 절삭유제를 제공하여 오일 성분을 포함하지 않아 친환경적이며 특히 극미량 윤활 가공에 적합한 절삭유제를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention further dilutes the aqueous suspension with water and uses it as a cutting oil for metal processing, etc., but further adds one or more of alkaline electrolytic water, metal rust inhibitor, antifreezing agent, antifoaming agent, and preservative to improve the processing precision of the workpiece metal workpiece, tool It provides cutting oil based on hexagonal boron nitride particles that not only extends life, but also has anti-rust, anti-freezing, anti-foaming and sterilizing effects. It does not contain oil and is eco-friendly, especially suitable for ultra-trace lubrication processing. The purpose.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. will be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은, 물, 육방정계 질화붕소(hBN) 입자, 분산제를 포함한다.An aqueous suspension according to an embodiment of the present invention for achieving the above object includes water, hexagonal boron nitride (hBN) particles, and a dispersant.

상기 실시예에서, 상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자는 물에 젖음성 있는 친수성 입자인 것이 바람직하다.In the above embodiment, the hexagonal boron nitride (hBN) particles are preferably hydrophilic particles having wettability in water.

상기 실시예에서, 상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자는 가스 분위기를 제어하지 않는 공기중 열처리로에서 1600℃ 이하의 온도에서 합성된 입자인 것이 바람직하다.In the above embodiment, the hexagonal boron nitride (hBN) particles are preferably particles synthesized at a temperature of 1600° C. or less in an air heat treatment furnace in which a gas atmosphere is not controlled.

또한, 상기 실시예에서, 상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자는 초음파 24시간 인가를 통해, 1차입자 및 2차입자가 D50 기준으로 30~250nm 범위와 D90 기준으로 1um 이하의 입자크기를 가지는 것이 바람직하다. 한편 상기의 입자 크기를 종횡비(3~10) 관점에서 보면 비표면적이 10~90m2/g 범위를 가지는 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, the hexagonal boron nitride (hBN) particles are preferably primary and secondary particles having a particle size of 30 to 250 nm based on D50 and 1 μm or less based on D90 through application of ultrasonic waves for 24 hours. do. On the other hand, when looking at the above particle size from the aspect ratio (3 to 10), it is preferable that the specific surface area has a range of 10 to 90 m 2 /g.

또한, 상기 실시예에서, 상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자를 상기 물 대비 10 이하의 중량부로 혼합하고, 상기 분산제는 상기 물 대비 10 이하의 중량비(분산제의 고형분 무게)로 혼합하는 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, it is preferable to mix the hexagonal boron nitride (hBN) particles in a weight ratio of 10 or less to the water, and the dispersant to the water in a weight ratio of 10 or less (solid weight of the dispersant). .

또한, 상기 실시예에서, 상기 물은 pH10 이상의 알카리 이온수를 포함하는 것이 바람직하다.Further, in the above embodiment, the water preferably includes alkaline ionized water having a pH of 10 or higher.

또한, 상기 실시예에서, 상기 분산제는 음이온성, 양이온성, 양쪽 이온성, 비이온성 분산제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 단독 또는 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, the dispersant is preferably used alone or in combination with one or more selected from the group consisting of anionic, cationic, zwitterionic, and nonionic dispersants.

또한, 상기 실시예에서, 방청제, 소포제, 동결방지제, 방부제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, it is preferable to further include at least one selected from the group consisting of a rust inhibitor, an antifoaming agent, an antifreezing agent, and a preservative.

또한, 상기 실시예에서, 2차입자 D50 기준 1um 이하 크기를 가진 Al2O3, MoS2, SiO2, ZrO2, CuO, SiC, TiO2, 다이아몬드 분말로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실시예에서, CNT, 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in the above embodiment, it is preferable to further include at least one selected from the group consisting of Al2O3, MoS2, SiO2, ZrO2, CuO, SiC, TiO2, and diamond powder having a size of 1 μm or less based on secondary particle D50. In addition, in the above embodiment, it is preferable to further include at least one selected from the group consisting of CNT and graphene.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 절삭유제는, 위에 기재된 각각의 수계 현탁액을 물로 희석하여 제조된다.A cutting oil according to another embodiment of the present invention is prepared by diluting each of the above-described aqueous suspensions with water.

또한, 상기 절삭유제는 MQL 분사방식에 사용되는 것을 특징으로 한다.In addition, the cutting fluid is characterized in that it is used in the MQL injection method.

또한, 상기 절삭유제는 알카리 이온수, 방청제, 소포제, 동결방지제, 방부제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the cutting oil preferably further includes at least one selected from the group consisting of alkaline ionized water, a rust inhibitor, an antifoaming agent, an antifreezing agent, and a preservative.

본 발명의 일 실시예에 따른 육방정계 질화붕소(hBN) 입자 기반의 수계 현탁액 및 이를 포함하는 절삭유제는 비수용성 절삭유의 윤활 성능과 수용성 절삭유의 냉각 성능을 동시에 충족할 수 있다. An aqueous suspension based on hexagonal boron nitride (hBN) particles and a cutting oil containing the suspension according to an embodiment of the present invention can simultaneously satisfy the lubricating performance of non-aqueous cutting oil and the cooling performance of water-soluble cutting oil.

또한, 오일을 일체 사용하지 않는 탄소중립, 절삭유 사용량을 최소화하는 청정가공, 폐유가 발생되지 않고 악취 발생을 최소화하는 등 쾌적한 작업환경을 구축하는 친환경, 육방정계 질화붕소(hBN) 입자를 수거하여 재활용하는 자원순환 방식의 절삭유제로 기능할 수 있다. In addition, carbon neutrality without using oil at all, clean processing that minimizes the amount of cutting oil used, eco-friendly that builds a pleasant working environment such as no waste oil and minimal odor, collects and recycles hexagonal boron nitride (hBN) particles It can function as a cutting fluid in a resource circulation method that

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은 금속가공용 절삭유제 적용에 한정하지 않고 플라스틱 등 다른 소재로 구성된 피삭재 공작물을 가공하는 목적으로도 적용할 수 있다. In addition, the aqueous suspension according to an embodiment of the present invention is not limited to the application of cutting oil for metal processing, but can also be applied for the purpose of processing workpieces made of other materials such as plastic.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은 육방정계 질화붕소(hBN) 입자 고유의 우수한 윤활 기능 및 높은 열전도도, 이형성을 통해 다양한 형태의 마찰, 마모가 발생하는 기계장치에 적용할 수 있는 윤활제로도 적용할 수 있다. In addition, the aqueous suspension according to an embodiment of the present invention can be applied to machinery where various types of friction and wear occur through the excellent lubrication function inherent in hexagonal boron nitride (hBN) particles, high thermal conductivity, and release property. It can also be applied as a lubricant.

도 1은 육방정 질화붕소(hBN) 1차입자의 크기를 나타내는 전자현미경 사진이고,
도 2는 육방정 질화붕소(hBN) 2차입자의 크기분포로서, 합성후 분말을 초음파 인가후 측정한 것과, 고압균질기로 가공한 수계 현탁액에 대해 측정한 결과이고,
도 3은 SUS304 피삭재로서 공구마모량, 표면거칠기 측정을 위한 피삭재 가공방식을 나타낸 사진이고,
도 4는 비교예, 실시예에 사용된 절삭가공 사진으로 MQL 에어로졸 무화 분사(왼쪽), Flooding 액상 분사(오른쪽)를 나타내고,
도 5는 엔드밀 공구의 여유면 마모량 측정방식을 나타낸 사진이고,
도 6은 표면조도 측정사진이고,
도 7은 엔드밀 여유면 공구마모도 측정결과를 나타낸 그래프이고,
도 8은 SUS304 피삭재 공작물 표면거칠기 측정결과를 나타낸 그래프이다.
1 is an electron micrograph showing the size of hexagonal boron nitride (hBN) primary particles,
Figure 2 is the size distribution of hexagonal boron nitride (hBN) secondary particles, which is the result of measuring the powder after synthesis after applying ultrasonic waves and measuring the aqueous suspension processed with a high-pressure homogenizer,
3 is a photograph showing a workpiece processing method for measuring tool wear and surface roughness as a SUS304 workpiece,
Figure 4 is a picture of the cutting process used in Comparative Examples and Examples, showing MQL aerosol atomization spray (left) and Flooding liquid spray (right),
5 is a photograph showing a method for measuring the amount of wear on the clearance surface of an end mill tool;
6 is a surface roughness measurement photograph,
7 is a graph showing the measurement results of tool wear on the end mill spare surface;
8 is a graph showing the results of measuring the surface roughness of a SUS304 workpiece.

이하에서는 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 상세히 설명한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.Hereinafter, specific embodiments in which the present invention may be practiced will be described in detail by way of example. These embodiments are described in sufficient detail to enable one skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in one embodiment in another embodiment without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all equivalents as claimed by those claims.

본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은, 물, 육방정계 질화붕소(hBN) 입자, 분산제를 포함한다. 이러한 현탁액 중에서 상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자가 균일한 농도로 장시간(1일 이상) 분산상태를 유지하는 것이 중요하다.An aqueous suspension according to an embodiment of the present invention includes water, hexagonal boron nitride (hBN) particles, and a dispersant. It is important to maintain the dispersed state of the hexagonal boron nitride (hBN) particles at a uniform concentration for a long time (more than one day) in such a suspension.

육방정계 질화붕소(hBN) 입자 합성Synthesis of hexagonal boron nitride (hBN) particles

일반적으로 육방정계 질화붕소(hBN) 입자는 소수성 표면을 가지므로 물에 잘 분산되지 않고 물 표면 위에 부유하거나 수면 아래로 가라앉는 등 수계 분산성이 좋지 않으므로 종래의 제조 방법으로 제조된 입자를 그대로 사용할 수 없다. In general, hexagonal boron nitride (hBN) particles have a hydrophobic surface, so they are not well dispersed in water and have poor dispersibility in water, such as floating on the surface of water or sinking to the bottom of the water surface. can't

따라서 본 발명에서는 고상의 붕소 전구체 및 질소 전구체를 사용하여 통상적으로 제조하는 방식인 질소, 아르곤 등 불활성 분위기의 열처리로에서 합성하지 않고, 가스 분위기를 제어하지 않은 공기중 열처리로에서 합성하여 얻은 육방정계 질화붕소(hBN) 입자로서 물에 높은 분산성을 가진 친수성 hBN 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 이때 친수성은 입자 표면의 원자단위 결함, 댕글링 본드, 물분자의 분해 및 이들로 인한 수산기에 의해 발현되는 것으로 판단된다.Therefore, in the present invention, it is not synthesized in a heat treatment furnace in an inert atmosphere such as nitrogen or argon, which is a method commonly prepared using solid boron precursors and nitrogen precursors, and synthesized in an air heat treatment furnace in which the gas atmosphere is not controlled Hexagonal system obtained by synthesizing As boron nitride (hBN) particles, it is preferable to use hydrophilic hBN particles having high dispersibility in water. At this time, it is judged that hydrophilicity is expressed by atomic unit defects on the surface of the particle, dangling bonds, decomposition of water molecules, and resulting hydroxyl groups.

좀 더 자세히 설명하면, 붕소 전구체와 질소 전구체를 붕소:질소 1:1 몰비로 혼합한 후 가스 분위기를 제어하지 않은 공기 중에서 1600℃ 이하의 온도에서, 예를 들어 1500℃ 온도에서 3시간동안 합성을 진행한다. 이를 세정 및 정제하여 얻은 분말을 준비한다. In more detail, boron precursor and nitrogen precursor are mixed in a molar ratio of boron:nitrogen of 1:1, and then synthesized at a temperature of 1600 ° C or less, for example, at 1500 ° C for 3 hours in air in which the gas atmosphere is not controlled. proceed A powder obtained by washing and purifying it is prepared.

도 1은 육방정 질화붕소(hBN) 1차입자의 크기를 나타내는 전자현미경 사진으로, 1차입자의 크기는 전자주사현미경으로 관찰한 단결정 입자의 크기를 의미한다.1 is an electron micrograph showing the size of hexagonal boron nitride (hBN) primary particles, and the size of the primary particles means the size of single crystal particles observed with a scanning electron microscope.

도 2는 육방정 질화붕소(hBN) 2차입자의 크기분포로서, 합성후 분말을 초음파 인가(600W, 35kHz 출력)후에 측정한 것과, 이하에서 설명하는 고압균질기로 가공한 수계 현탁액에 대해 측정한 결과이다. 여기서 2차입자의 크기는 레이저회절법 기반의 입도분석기로 측정한 것으로, 1차입자(단결정 입자)의 크기 또는 이들이 2개 이상 응집된 응집입자의 크기이다. D10, D50, D90은 입도분석기 측정 결과로서 2차입자의 크기분포를 나타내는 인자이다. Figure 2 is the size distribution of hexagonal boron nitride (hBN) secondary particles, measured after synthesizing the powder after applying ultrasonic waves (600W, 35kHz output), and measuring the aqueous suspension processed with a high-pressure homogenizer described below. am. Here, the size of secondary particles is measured by a laser diffraction-based particle size analyzer, and is the size of primary particles (single crystal particles) or aggregated particles in which two or more of them are aggregated. D10, D50, and D90 are factors representing the size distribution of secondary particles as a result of particle size analysis.

상기 육방정 질화붕소(hBN) 입자는, 1차입자 및 2차입자가 D50 기준으로 30~1000nm, 바람직하게는 30~500nm, 더욱 바람직하게는 30~250nm의 입자 범위를 가지고, D90 기준으로 1um 이하의 입자크기를 가진다. 비표면적으로는 종횡비를(3~10) 고려해 10~90m2/g 범위를 가진다. In the hexagonal boron nitride (hBN) particles, the primary particles and the secondary particles have a particle range of 30 to 1000 nm, preferably 30 to 500 nm, and more preferably 30 to 250 nm based on D50, and 1 μm or less based on D90 has a particle size. The specific surface area ranges from 10 to 90 m2/g considering the aspect ratio (3 to 10).

D50 기준으로 30nm 이하의 hBN 분말을 사용하면 입자의 형상이 구형에 근접하여 가공면 전단방향과 sp2 결합면이 평행하지 않아 금속 가공시 우수한 윤활 성능을 기대하기 어렵고, 1000nm 이상의 분말을 사용하면 중력에 의한 침전 발생으로 수계 현탁액 및 이를 포함한 금속가공 절삭유제내 육방정 질화붕소(hBN) 입자의 분산성이 좋지 못하고 가공과정에서 hBN 입자의 농도제어가 어려워서 절삭유제로 사용하기 곤란하기 때문이다.If hBN powder of 30 nm or less is used based on D50, the shape of the particle is close to spherical, and the shear direction of the processing surface and the sp2 bonding surface are not parallel, making it difficult to expect excellent lubrication performance during metal processing. This is because the dispersibility of hexagonal boron nitride (hBN) particles in aqueous suspensions and metalworking cutting fluids including them is poor due to the precipitation generated by HBN, and it is difficult to control the concentration of hBN particles during processing, making it difficult to use them as cutting fluids.

일반적인 기체흡착법으로 hBN 입자의 비표면적을 측정하였으며 상기와 같이 범위를 한정한 이유는 진구에서 벗어난 종횡비(납작한 정도, 3~10)와 관계되기 때문으로 1차 입자크기와 종횡비가 상기의 비표면적 상관관계를 가지는 것이 바람직하다. The specific surface area of the hBN particles was measured by a general gas adsorption method, and the reason for limiting the range as above is that it is related to the aspect ratio (flatness, 3 to 10) that is out of the sphere. It is desirable to have a relationship.

수계 현탁액 제조Preparation of aqueous suspensions

상기 공정으로 제조한 육방정계 질화붕소(hBN) 분말을 분산제 없이 물에 투입할 때 고전단력 교반기를 6시간 이상 장시간 사용하여도 24시간 이내에 가라앉는 침전 현상이 발생하여 균일한 육방정계 질화붕소(hBN) 농도 관리가 어렵다. 이에 상기 물 대비 10 이하의 중량비(분산제의 고형분 무게)로 적절한 분산제를 사용하여 1일 이상 보관시에도 육방정계 질화붕소(hBN) 입자가 90% 이상 침전되지 않고 부유한 콜로이드 상태로 존재하는 수계 현탁액을 제조할 필요가 있다.When the hexagonal boron nitride (hBN) powder prepared by the above process is added to water without a dispersant, even if a high shear stirrer is used for a long time of 6 hours or more, precipitation occurs within 24 hours, resulting in uniform hexagonal boron nitride (hBN) powder. ) concentration management is difficult. Accordingly, an aqueous suspension in which more than 90% of hexagonal boron nitride (hBN) particles do not precipitate and exist in a suspended colloidal state even when stored for one day or more using an appropriate dispersant at a weight ratio of 10 or less to the water (solid weight of the dispersant) needs to be manufactured.

상기 분산제는 음이온성 분산제가 바람직하나, 음이온성은 물론, 양이온성, 양쪽 이온성, 비이온성 또는 저분자 또는 고분자 분산제를 단독 또는 조합해서 사용 가능하며 이에 제한되지 않는다. The dispersant is preferably an anionic dispersant, but anionic as well as cationic, zwitterionic, nonionic or low molecular weight or polymeric dispersants may be used alone or in combination, but are not limited thereto.

음이온성 분산제로는 고급지방산염, 알킬술폰산염, α-올레핀술폰산염, 알칸술폰산염, 알킬벤젠술폰산염, 술포숙신산 에스테르염, 알킬황산 에스테르염, 알킬에테르황산 에스테르염, 알킬인산 에스테르염, 알킬에테르인산 에스테르염, 알킬에테르 카르복실산염, α-술폰지방산 메틸에스테르염, 메틸타우린산염이 있다. 이들 음이온성 분산제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다. Anionic dispersants include higher fatty acid salts, alkyl sulfonates, α-olefin sulfonates, alkane sulfonates, alkylbenzene sulfonates, sulfosuccinic acid ester salts, alkyl sulfuric acid ester salts, alkyl ether sulfuric acid ester salts, alkyl phosphoric acid ester salts, alkyl There are ether phosphoric acid ester salts, alkyl ether carboxylate salts, α-sulfonated fatty acid methyl ester salts, and methyl taurate salts. These anionic dispersants can be used individually or in combination of 2 or more types.

양이온성 분산제에는 4급 암모늄염, 알콕실화 폴리아민, 지방족 아민폴리글리콜에테르,지방족 아민, 지방족 아민과 지방족 알코올로부터 유도되는 디아민 및 폴리아민, 지방산으로부터 유도되는 이미다졸린 및 이들의 양이온성 물질의 염이 함유된다. 이들 양이온성 분산제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다. The cationic dispersant contains quaternary ammonium salts, alkoxylated polyamines, aliphatic amine polyglycol ethers, fatty amines, diamines and polyamines derived from fatty amines and fatty alcohols, imidazolines derived from fatty acids, and salts of these cationic substances. do. These cationic dispersants can be used individually or in combination of 2 or more types.

양쪽 이온성(zwitterionic) 분산제는 상기 음이온성 분산제가 분자 내에 갖는 음이온기 부분과 양이온성 분산제가 분자 내에 갖는 양쪽 이온기 부분을 모두 분자 내에 갖는 분산제이다. The zwitterionic dispersant is a dispersant having both an anionic group part in the molecule of the anionic dispersant and a zwitterionic group part in the molecule of the cationic dispersant.

비이온성 분산제로서는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르, 폴리옥시에틸렌지방산 에스테르, 소르비탄지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민, 글리세린지방산 에스테르 등을 들 수 있다. 이들 비이온성 분산제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다. Examples of the nonionic dispersant include polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl aryl ethers, polyoxyethylene fatty acid esters, sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene sorbitan fatty acid esters, polyoxyethylene alkylamines, and glycerin fatty acid esters. . These nonionic dispersants can be used individually or in combination of 2 or more types.

고분자 분산제의 분자량은 물에 용해되면 제한없이 사용할 수 있지만 바람직하게는 분자량 1,000~2,000,000이며, 5000~1,000,000 범위가 보다 바람직하고, 10,000~500,000이 더욱 바람직하고, 10,000~100,000이 특히 바람직하다. 여기서 특별히 언급하지 않는 한, 분자량이란 중량 평균 분자량을 의미한다. 고분자 분산제로서는 구체적으로는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 폴리비닐메틸에테르, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리아크릴아미드, 비닐알코올-초산 비닐 공중합체, 폴리비닐알코올-부분 포멀화물, 폴리비닐알코올-부분 부티랄화물, 비닐피롤리돈-초산 비닐 공중합체, 폴리에틸렌옥시드/프로필렌옥시드 블록 공중합체, 폴리아크릴산염, 폴리비닐황산염, 폴리(4-비닐피리딘)염, 폴리아미드, 폴리알릴아민염, 축합 나프탈렌술폰산염, 셀룰로오스 유도체, 전분 유도체을 들 수 있다. 또한 알긴산염, 젤라틴, 알부민, 카세인, 아라비아 고무, 트래거캔스 고무, 리그닌술폰산염의 천연 고분자류를 사용할 수 있다. 또한 카르복실기, 아미노기, 히드록실기, 에스테르 결합, 아미드 결합, 방향환, 복소환의 골격을 갖는 고분자형 분산제가 사용될 수 있다. The molecular weight of the polymer dispersant can be used without limitation when dissolved in water, but is preferably in the range of 1,000 to 2,000,000, more preferably in the range of 5000 to 1,000,000, more preferably in the range of 10,000 to 500,000, and particularly preferably in the range of 10,000 to 100,000. Unless otherwise indicated herein, molecular weight means weight average molecular weight. Specifically as the polymer dispersant, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, polyvinyl methyl ether, polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyacrylamide, vinyl alcohol-vinyl acetate copolymer, polyvinyl alcohol-partial formalized product , polyvinyl alcohol-partial butyralide, vinylpyrrolidone-vinyl acetate copolymer, polyethylene oxide/propylene oxide block copolymer, polyacrylate, polyvinyl sulfate, poly(4-vinylpyridine) salt, polyamide , polyallylamine salts, condensed naphthalene sulfonates, cellulose derivatives, and starch derivatives. In addition, natural polymers of alginate, gelatin, albumin, casein, gum arabic, gum tragacanth, and ligninsulfonate may be used. In addition, a polymer type dispersing agent having a skeleton of a carboxyl group, an amino group, a hydroxyl group, an ester bond, an amide bond, an aromatic ring, or a heterocyclic ring may be used.

본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은 음이온성 분산제를 포함하는 것으로서, 육방정계 질화붕소(hBN) 분말은 물 100을 기준으로 10 중량비 이하로 포함되고, 분산제는 물 100에 대하여 통상 10(분산제의 고형분 무게) 중량비 이하(물 부피 대비 100g/L 이하)를 첨가하여 사용될 수 있다. 상기 분산제의 함량은 물에 희석하는 비율 및 hBN 입자의 함량을 고려하여 적절히 선택 될 수 있다.An aqueous suspension according to an embodiment of the present invention includes an anionic dispersant, hexagonal boron nitride (hBN) powder is included in a weight ratio of 10 or less based on 100 water, and the dispersant is usually 10 (dispersant agent) based on 100 water Weight of solid content) weight ratio or less (100 g / L or less compared to the volume of water) can be added. The content of the dispersant may be appropriately selected in consideration of the dilution ratio in water and the content of hBN particles.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수계 현탁액은 음이온성 계면활성제인 제 1분산제; 및 비이온성 계면활성제인 제 2분산제;를 포함하는 수계 현탁액으로서 2종 이상의 분산제를 조합해서 사용할 수 있다. 육방정계 질화붕소(hBN) 분말은 물 100을 기준으로 10 중량비 이하로 포함되고, 제 1분산제 및 제 2분산제의 중량비(제 1분산제/제 2분산제)는 1~9일 수 있으며, 바람직하게는 1~5, 더욱 바람직하게는 1~3일 수 있다. 분산제는 물 100에 대하여 통상 10(분산제의 고형분 무게) 중량비 이하(물 부피 대비 100g/L 이하)를 첨가하여 사용될 수 있다. 상기 분산제의 함량은 물에 희석하는 비율 및 hBN 입자의 함량을 고려하여 적절히 선택 될 수 있다.In addition, an aqueous suspension according to another embodiment of the present invention includes a first dispersing agent that is an anionic surfactant; and a second dispersing agent which is a nonionic surfactant. Two or more dispersing agents may be used in combination. Hexagonal boron nitride (hBN) powder is included in a weight ratio of 10 or less based on 100 water, and the weight ratio of the first dispersing agent and the second dispersing agent (first dispersing agent / second dispersing agent) may be 1 to 9, preferably It may be 1 to 5, more preferably 1 to 3. The dispersant may be used by adding a weight ratio of 10 (solid weight of the dispersant) or less (100 g/L or less by volume of water) to 100 water. The content of the dispersant may be appropriately selected in consideration of the dilution ratio in water and the content of hBN particles.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 수계 현탁액은 고분자인 제 1분산제; 및 음이온 계면활성제인 제 2분산제;를 포함하는 수계 현탁액으로서 2종 이상의 분산제를 조합해서 사용할 수 있다. 상기 육방정계 질화붕소(hBN) 분말은 물 100을 기준으로 10 중량비 이하로 포함되고, 상기 제 1분산제 및 제 2분산제의 중량비(제 1분산제/제 2분산제)는 1~9이며, 상기 현탁액의 초기 점도는 500cP 이하인 수계 현탁액을 제공한다. 사용되는 제1 분산제는 hBN 입자가 현탁액 내에서 응집되지 않고 고르게 분산될 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한 제2 분산제는 고분자계 분산제인 제1 분산제의 주쇄간 응집을 막고, 크라우닝(Crowning) 효과를 가져 제1 분산제와 제2 분산제가 조합되어 사용할 경우, 분산성에 대한 상승효과를 나타내며, 장시간이 경과하더라도 현탁액의 분산성이 유지되어 보관 안정성의 향상을 기대할 수 있다. 분산제는 물 100에 대하여 통상 10(분산제의 고형분 무게) 중량비 이하(물 부피 대비 100g/L 이하)를 첨가하여 사용될 수 있다. 상기 분산제의 함량은 물에 희석하는 비율 및 hBN 입자의 함량을 고려하여 적절히 선택 될 수 있다.In addition, the aqueous suspension according to another embodiment of the present invention includes a first dispersing agent of a polymer; and a second dispersing agent which is an anionic surfactant. Two or more dispersing agents may be used in combination. The hexagonal boron nitride (hBN) powder is included in a weight ratio of 10 or less based on 100 water, the weight ratio of the first dispersing agent and the second dispersing agent (first dispersing agent / second dispersing agent) is 1 to 9, and the suspension An aqueous suspension having an initial viscosity of 500 cP or less is provided. The first dispersing agent used is to ensure that the hBN particles are evenly dispersed in the suspension without aggregation. In addition, the second dispersant prevents aggregation between the main chains of the first dispersant, which is a polymer-based dispersant, and has a crowning effect. When used in combination, the first dispersant and the second dispersant exhibit a synergistic effect on dispersibility, Even after elapsed time, the dispersibility of the suspension is maintained, and improvement in storage stability can be expected. The dispersant may be used by adding a weight ratio of 10 (solid weight of the dispersant) or less (100 g/L or less by volume of water) to 100 water. The content of the dispersant may be appropriately selected in consideration of the dilution ratio in water and the content of hBN particles.

이처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액에서, 육방정계 질화붕소(hBN) 분말의 함량은 물 100 기준으로 10중량비 이하, 바람직하게는 1중량비 이하일 수 있고, 물 100에 대하여 통상 10(분산제의 고형분 무게) 중량비 이하(물 부피 대비 100g/L 이하)의 적절한 분산제가 사용되는 것이 바람직하다. 여기서 육방정계 질화붕소(hBN) 분말의 함량은 공구재질, 공구형태, 피삭재 재질, 가공방식, 공급방식, 적용분야 등 가공환경에 따라 달라질 수 있고, 상기 수계 현탁액은 0.1중량비 이하의 낮은 농도를 가질 수도 있다. As such, in the aqueous suspension according to an embodiment of the present invention, the content of the hexagonal boron nitride (hBN) powder may be 10 weight ratio or less, preferably 1 weight ratio or less based on 100 water, and usually 10 (dispersant agent) with respect to 100 water It is preferable to use an appropriate dispersant in a weight ratio of less than (100 g/L or less based on the volume of water). Here, the content of the hexagonal boron nitride (hBN) powder may vary depending on the processing environment such as tool material, tool shape, workpiece material, processing method, supply method, and application field, and the aqueous suspension has a low concentration of 0.1 weight ratio or less. may be

육방정계 질화붕소(hBN) 입자의 함량이 10중량비를 넘으면, 장시간 분산성을 유지하지 못하고 침전이 가속화하는 문제가 있어 바람직하지 않고, 분산제의 첨가량이 물 100에 대하여 통상 10(분산제의 고형분 무게) 중량비(물 부피 대비 100g/L)를 초과할 경우 가공후 피삭재에 이물질로 작용하는 문제가 있다.If the content of hexagonal boron nitride (hBN) particles exceeds 10 weight ratio, it is not preferable because it does not maintain dispersibility for a long time and accelerates precipitation, and the amount of dispersant added is usually 10 per 100 water (solid content weight of dispersant). If the weight ratio (100 g / L compared to the volume of water) is exceeded, there is a problem of acting as a foreign substance on the workpiece after processing.

본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액에 사용되는 물은, 증류수, 탈이온수, 수돗물, 지하수, 공업용수 중의 하나 이상이 적절히 선택되어 사용될 수 있다. 또한, 상기 물은 pH10 이상의 알카리 이온수로서 물의 전기분해에 의해 제조되는, 수산기를 가진 전해이온수를 포함할 수 있다. 상기 알카리 전해이온수는 물의 전기분해를 통해 생성되는 알카리성 이온수를 말하는 것으로서, 살균 소독제, 세정제, 세제, 왁스, 농약 등의 화학물질 대용으로도 많이 사용될 뿐만 아니라 계면활성제, 알콜 성분 등의 화학물질이 포함되지 않은 생체에 무해한 친환경적 액체이기 때문에 각종 오염 물질을 감소 또는 제거, 미생물 증식을 억제하는 다양한 분야에 활용되고 있다.As the water used in the aqueous suspension according to an embodiment of the present invention, one or more of distilled water, deionized water, tap water, ground water, and industrial water may be appropriately selected and used. In addition, the water may include electrolytic ionized water having a hydroxyl group, which is prepared by electrolysis of water as alkaline ionized water having a pH of 10 or higher. The alkaline electrolytic ionized water refers to alkaline ionized water generated through electrolysis of water, and is widely used as a substitute for chemicals such as sterilization disinfectants, detergents, detergents, waxes, and pesticides, as well as containing chemicals such as surfactants and alcohol components. Since it is an eco-friendly liquid that is harmless to living organisms, it is used in various fields to reduce or remove various contaminants and inhibit the proliferation of microorganisms.

구체적으로는 위에서 설명한, 물, 육방정 질화붕소(hBN) 입자 분말, 분산제를 각각 적절한 양 투입하여 혼합한 후, 고압균질기에서의 균질화 작업 등을 통해 분산 처리하여 수계 현탁액을 제조하는 것이 바람직하다.Specifically, water, hexagonal boron nitride (hBN) particle powder, and dispersant described above are added in appropriate amounts and mixed, and then dispersed through homogenization in a high-pressure homogenizer, etc. It is preferable to prepare an aqueous suspension. .

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은, 방청제, 소포제, 동결방지제, 방부제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기의 각 성분의 혼합 비율 및 투입량은 가공환경 및 적용분야, 절삭유제 제조시 사용되는 물 희석량 등에 따라 적절히 선택될 수 있다.In addition, the aqueous suspension according to an embodiment of the present invention may further include at least one selected from the group consisting of a rust inhibitor, an antifoaming agent, an antifreezing agent, and a preservative. The mixing ratio and input amount of each of the above components may be appropriately selected depending on the processing environment and field of application, and the dilution amount of water used in manufacturing cutting oil.

우선, 피삭재 금속가공물의 녹 등 부식을 억제하고자 추가되는 방청제는 특별히 제한되지 않으며, 1종 또는 2종 이상을 조합하여 사용 할 수 있다. 예컨대, 아민계, 유기계, 무기계, 비철금속계 방청제를 증류수, 탈이온수, 물에 배합하여 방청액으로 제조해 사용할 수 있다. 상기 방청액에 포함되는 방청제는 아민계로는 디에틸아민, 트리에틸아민, 사이클로헥실 아민, 에탄올아민, 모노에탄올아민, 트리에탄올아민, 프로판올아민, 모노프로판올아민 및 이소프로판올아민으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 첨가량은 방청액 조성물의 탈이온수 100에 대하여, 1~20 중량비, 바람직하게는 2~10 중량비, 더욱 바람직하게는 3~6 중량비의 양으로 배합한다. 사용량이 1 중량비 미만이면 안정된 방청성능을 기대하기 어렵고, 20 중량비를 초과하면 피부, 호흡 및 인체에 대한 안전성에 문제를 나타낼 수 있다. 상기 방청액에 포함되는 방청제는 유기계로는 카르복시산이며, 상기 카르복시산은 세바식산, 운데칸디오산, 도데칸디오산 구성된 군에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 카르복시산은 탄소수가 10개 미만이면 방청 성능이 떨어지고, 12개 초과하면 물에 용해가 어렵다. 첨가량은 방청액 조성물의 탈이온수 100에 대하여, 0.5~7 중량비, 바람직하게는 1.5~4 중량비, 더욱 바람직하게는 1~2 중량비의 양으로 배합한다. 상기의 카르복시산을 0.5 중량비 미만 사용하면 방청성능을 발휘하기 어렵고 7 중량비를 초과 사용하면 사용량에 비해 방청 성능의 향상을 기대하기 어렵다. 상기 방청액에 포함되는 방청제중 무기계로는 황산, 인산 등 무기산의 나트륨염, 칼륨염, 크롬염, 암모늄염일 수 있다. 첨가량은 방청액 조성물의 탈이온수 100에 대하여, 0.4~6 중량비, 바람직하게는 1.5~4 중량비, 더욱 바람직하게는 2.5~3 중량비를 배합한다. 상기의 무기계를 0.4 중량비 미만 사용하면 방청성능을 발휘하기가 어렵고 6 중량비를 초과 사용하면 사용량에 비해 방청 성능의 향상을 기대하기가 어렵다. 상기 방청액에 포함되는 방청제중 비철금속 방청제는 벤조트리아졸, 톨리트리아졸, 머캅토벤조트리아졸일 수 있다. 첨가량은 방청액 조성물의 탈이온수 100에 대하여, 0.2~3 중량비, 바람직하게는 0.3~2 중량비, 더욱 바람직하게는 0.5~1 중량비의 양으로 배합된다. 첨가량이 0.2 중량비 미만이면 부식방지 효과를 발휘하기가 어렵고, 3 중량비를 초과하면 인체에 해롭고 환경오염에 대한 안전성의 문제가 나타날 수 있다. 상기의 다양한 방청제 중의 하나 이상을 단독 또는 조합하여 사용하는 방청제 및 물로 구성된 방청액은 상기 수계 현탁액 100에 대해 바람직하게는 30중량비 이하를 첨가한다. 상기의 방청액 투입량은 물에 희석하는 비율이 증가함에 따라 더 증가할 수 있다.First of all, the rust inhibitor added to suppress corrosion such as rust of the workpiece metal workpiece is not particularly limited, and may be used alone or in combination of two or more. For example, an amine-based, organic-based, inorganic, or non-ferrous metal-based rust preventive may be mixed with distilled water, deionized water, or water to prepare a rust preventive solution for use. The rust inhibitor included in the anti-rust solution is at least one selected from the group consisting of diethylamine, triethylamine, cyclohexyl amine, ethanolamine, monoethanolamine, triethanolamine, propanolamine, monopropanolamine, and isopropanolamine as an amine type. It is preferable to use The addition amount is blended in an amount of 1 to 20 weight ratio, preferably 2 to 10 weight ratio, and more preferably 3 to 6 weight ratio, based on 100 deionized water of the rust inhibitor composition. If the amount used is less than 1 weight ratio, it is difficult to expect stable anti-corrosive performance, and if the weight ratio exceeds 20 weight ratio, it may present problems with safety to the skin, breathing and human body. The rust inhibitor included in the rust-preventive solution is an organic carboxylic acid, and the carboxylic acid is preferably one or more selected from the group consisting of sebacic acid, undecanedioic acid, and dodecanedioic acid. When the number of carbon atoms is less than 10, carboxylic acid has poor rust prevention performance, and when it exceeds 12 carbon atoms, it is difficult to dissolve in water. The addition amount is blended in an amount of 0.5 to 7 weight ratio, preferably 1.5 to 4 weight ratio, and more preferably 1 to 2 weight ratio, based on 100 deionized water of the antirust liquid composition. If the carboxylic acid is used in a weight ratio of less than 0.5, it is difficult to exhibit rust prevention performance, and if it is used in a weight ratio of more than 7, it is difficult to expect improvement in rust prevention performance compared to the amount used. Among the rust inhibitors contained in the anti-rust liquid, the inorganic type may be a sodium salt, potassium salt, chromium salt, or ammonium salt of an inorganic acid such as sulfuric acid or phosphoric acid. The amount added is 0.4 to 6 weight ratio, preferably 1.5 to 4 weight ratio, more preferably 2.5 to 3 weight ratio, based on 100 deionized water of the antirust liquid composition. If the above inorganic type is used in a weight ratio of less than 0.4, it is difficult to exhibit rust prevention performance, and if it is used in a weight ratio of more than 6, it is difficult to expect improvement in rust prevention performance compared to the amount used. Among the rust inhibitors included in the rust preventive solution, the non-ferrous metal rust preventive may be benzotriazole, tolytriazole, or mercaptobenzotriazole. The addition amount is blended in an amount of 0.2 to 3 weight ratio, preferably 0.3 to 2 weight ratio, and more preferably 0.5 to 1 weight ratio, based on 100 deionized water of the rust inhibitor composition. If the added amount is less than 0.2 weight ratio, it is difficult to exert an anti-corrosion effect, and if the weight ratio exceeds 3 weight ratio, it is harmful to the human body and safety problems for environmental pollution may appear. A rust preventive solution composed of a rust preventive agent using one or more of the above various rust preventive agents alone or in combination and water is preferably added in an amount of not more than 30 weight ratio with respect to 100 parts of the aqueous suspension. The amount of the anti-rust solution may further increase as the dilution ratio in water increases.

상기 수계 현탁액의 제조과정 및 이를 포함하는 절삭유제를 사용한 절삭가공 과정에서 발생하는 거품을 억제하기 위해 소포제를 추가로 첨가할 수 있다. 소포제는 폴리디메틸실록산, 변성폴리디메틸실록산, 유기 실리콘 유도체, 실리콘계 에톡시화물, 실리카 등의 실리콘계 소포제를 단독 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 상기 수계 현탁액 100에 대해 0.1~1 중량비를 첨가하며, 0.1 중량비 미만으로 첨가되면 소포 성능을 기대하기 어렵고 1 중량비를 초과하여 첨가하면 피삭재 금속가공물 표면에 잔류하는 단점이 발생한다. 상기 수계 현탁액에 상기의 소포제 투입량은 물에 희석하는 비율이 증가함에 따라 더 증가할 수 있다.An antifoaming agent may be additionally added to suppress bubbles generated during the manufacturing process of the aqueous suspension and the cutting process using the cutting oil containing the same. The antifoaming agent may be used alone or in combination of two or more silicone-based antifoaming agents such as polydimethylsiloxane, modified polydimethylsiloxane, organic silicon derivatives, silicon-based ethoxides, and silica, and 0.1 to 1 weight ratio is added to 100 of the aqueous suspension. When it is added in a weight ratio of less than 0.1, it is difficult to expect antifoaming performance, and when it is added in a weight ratio exceeding 1 weight ratio, the disadvantage of remaining on the surface of the workpiece metal workpiece occurs. The amount of the antifoaming agent added to the aqueous suspension may further increase as the dilution ratio in water increases.

상기 수계 현탁액 및 이를 포함하는 절삭유제가 다수회 절삭가공 과정에서 사용되면서 미생물 증식이 되어 악취의 원인이 되므로 특히 여름철 이를 예방하고자 추가로 첨가할 수 있는 방부제는 안식향산소다, BIT(Benzisothiazolinone)계 화합물, 트리아진(Triazine) 화합물, 벤조트리아졸(Benzotriazole) 화합물, 톨리트리아졸(Tolyltriazole) 화합물 등을 사용할 수 있다. 방부제는 상기 수계 현탁액 100에 대해 바람직하게는 10 중량비 이하를 첨가하며, 1 중량비 미만으로 첨가되면 방부제 성능을 기대하기 어렵다. 이들 방부제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합해서 사용할 수 있다. 또한 상기 수계 현탁액에 상기의 방부제 투입량은 물에 희석하는 비율이 증가함에 따라 더 증가할 수 있다.Since the aqueous suspension and the cutting oil containing the same are used in multiple cutting processes, microorganisms proliferate and cause odor, so preservatives that can be additionally added to prevent this, especially in summer, are sodium benzoate, BIT (Benzisothiazolinone)-based compounds, tree Azine compounds, benzotriazole compounds, tolyltriazole compounds, and the like can be used. The preservative is preferably added in an amount of 10% or less by weight based on 100% of the aqueous suspension, and when less than 1% by weight is added, it is difficult to expect antiseptic performance. These antiseptic|preservatives can be used individually or in combination of 2 or more types. In addition, the amount of the preservative added to the aqueous suspension may further increase as the dilution ratio in water increases.

상기 수계 현탁액 및 이를 포함하는 절삭유제가 겨울철 0도 이하의 온도에서도 사용되도록 동결방지제를 추가로 첨가할 수 있다. 동결방지제는 프로필렌글리콜(Propylene Glycol) 또는 에틸렌글리콜(Ethylene Glycol) 중에서 선택되는 하나 이상의 성분을 포함할 수 있다. 상기 육방정계 질화붕소 입자를 포함하는 수계 현탁액 100을 기준으로 프로필렌글리콜(Propylene Glycol)을 25 중량비 이하로 혼합 비율은 어는점에 따라 적절히 선택될 수 있다. 상기 수계 현탁액에 상기의 동결방지제 투입량은 물에 희석하는 비율이 증가함에 따라 더 증가할 수 있다.An anti-freezing agent may be additionally added so that the aqueous suspension and the cutting oil containing the same can be used even at a temperature of 0 degrees or less in winter. The anti-freezing agent may include one or more components selected from propylene glycol or ethylene glycol. Based on 100% of the aqueous suspension containing the hexagonal boron nitride particles, propylene glycol (Propylene Glycol) may be appropriately selected according to the freezing point at a mixing ratio of 25 or less by weight. The amount of the cryoprotectant added to the aqueous suspension may further increase as the dilution ratio in water increases.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은, Al2O3, MoS2, SiO2, ZrO2, CuO, SiC, TiO2, 다이아몬드 분말로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 성분들은 2차입자 D50 기준 1um 이하 크기를 가진 것이 바람직하다. 또한 CNT, 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 이들 추가 성분의 역할은 hBN 입자 고유의 특성에 기인한 윤활 기전을 보완하는 역할을 한다.In addition, the aqueous suspension according to an embodiment of the present invention may further include one or more selected from the group consisting of Al2O3, MoS2, SiO2, ZrO2, CuO, SiC, TiO2, and diamond powder. It is preferable that the above components have a size of 1 μm or less based on secondary particle D50. In addition, one or more selected from the group consisting of CNT and graphene may be further included. The role of these additional components complements the lubrication mechanism due to the inherent characteristics of hBN particles.

절삭유제 제조Manufacturing of cutting oil

본 발명의 일 실시예에 따른 절삭유제는, 위에서 설명한 수계 현탁액을 사용 환경이나 가공 목적에 부합하도록 적절한 비율의 물로 희석하여 제조된다. 희석하는 물의 량은 통상 수계현탁액의 10~20배이지만, 공구재질, 공구형태, 피삭재 재질, 가공방식, 공급방식, 적용분야 등 가공환경에 따라 그보다 적거나 많을 수 있다. Cutting oil according to an embodiment of the present invention is prepared by diluting the above-described aqueous suspension with water in an appropriate ratio to meet the use environment or processing purpose. The amount of water to be diluted is usually 10 to 20 times that of the aqueous suspension, but it may be less or more depending on the processing environment such as tool material, tool shape, workpiece material, processing method, supply method, and application field.

또한, 상기 절삭유제는 사용 환경이나 지역 등의 조건에 따라 알카리 전해수, 방청제, 소포제, 동결방지제, 방부제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 구체적으로는 상기 절삭유제는 물 또는 알카리 전해수 34 중량비 이상, 수계 현탁액 10 중량비 이하, 방청액 20 중량비 이하, 동결방지제 25 중량비 이하, 소포제 1 중량비 이하, 방부제 10 중량비 이하가 되도록 배합비를 조정 혼합하여 제조할 수 있다.In addition, the cutting oil may further include one or more selected from the group consisting of alkaline electrolyzed water, a rust inhibitor, an antifoaming agent, an antifreezing agent, and a preservative depending on conditions such as a use environment or region. Specifically, the cutting oil is prepared by adjusting and mixing the mixing ratio so that the content of water or alkaline electrolyzed water is 34% or more, the aqueous suspension is 10% or less, the anticorrosive solution is 20% or less, the antifreezing agent is 25% or less, the antifoaming agent is 1% or less, and the preservative is 10% or less by weight. can do.

절삭성능 시험Cutting performance test

본 발명의 일 실시예에 따른 절삭유제의 절삭성능을 확인하기 위하여 다음과 같이 실시예 및 비교예를 준비하여 테스트를 진행하였다.In order to confirm the cutting performance of the cutting oil according to an embodiment of the present invention, the test was conducted by preparing examples and comparative examples as follows.

우선 실시예 및 비교예에 사용하기 위하여, 붕소 전구체와 질소 전구체를 붕소:질소 1:1 몰비로 혼합한 후 가스 분위기를 제어하지 않은 공기 중에서 1500℃ 온도에서 3시간동안 합성을 진행한 후, 이를 세정 및 정제하여 얻은 분말을 준비하였다. First, for use in Examples and Comparative Examples, a boron precursor and a nitrogen precursor were mixed in a molar ratio of boron:nitrogen of 1:1, and then synthesis was performed at a temperature of 1500 ° C. for 3 hours in air without controlling the gas atmosphere. A powder obtained by washing and purification was prepared.

(실시예 1) (Example 1)

물 10L, 위에서 준비한 육방정계 질화붕소(hBN) 분말 200g, 분산제 Aerosol OT-100 100g을 혼합하여 준비한 후, 고압균질기에서 7000psi 정도의 저압 싸이클로 0.1L/min 속도로 5회 진행하고 15000psi 정도의 고압 사이클로 2회 진행하여 분산 가공하여 제조한 수계 현탁액을 15g 소분하여 수돗물 3L에 희석하여 절삭유제를 제조하였다. 이를 MQL 공급기에 투입하여 가공부위에 분사하였다.After preparing by mixing 10L of water, 200g of hexagonal boron nitride (hBN) powder prepared above, and 100g of dispersing agent Aerosol OT-100, proceed 5 times at a rate of 0.1L/min with a low pressure cycle of about 7000psi in a high pressure homogenizer and high pressure of about 15000psi A cutting oil was prepared by diluting 15 g of an aqueous suspension prepared by dispersing and processing twice in a cycle and diluting it with 3 L of tap water. This was put into the MQL feeder and sprayed on the processing area.

(실시예 2) (Example 2)

물 10L, 위에서 준비한 육방정계 질화붕소(hBN) 분말 200g, 분산제 Aerosol OT-100 100g을 혼합하여 준비한 후, 고압균질기에서 7000psi 정도의 저압 싸이클로 0.1L/min 속도로 5회 진행하고 15000psi 정도의 고압 사이클로 2회 진행하여 분산 가공하여 제조한 수계 현탁액을 45g 소분하여 수돗물 3L에 희석하여 절삭유제를 제조하였다. 이를 MQL 공급기에 투입하여 가공부위에 분사하였다.After preparing by mixing 10L of water, 200g of hexagonal boron nitride (hBN) powder prepared above, and 100g of dispersing agent Aerosol OT-100, proceed 5 times at a rate of 0.1L/min with a low pressure cycle of about 7000psi in a high pressure homogenizer and high pressure of about 15000psi A cutting oil was prepared by diluting 45 g of an aqueous suspension prepared by dispersing and processing in a cycle twice and diluting it with 3 L of tap water. This was put into the MQL feeder and sprayed on the processing area.

(실시예 3)(Example 3)

물 10L, 위에서 준비한 육방정계 질화붕소(hBN) 분말 200g, 분산제 Aerosol OT-100 100g을 혼합하여 준비한 후, 고압균질기에서 7000psi 정도의 저압 싸이클로 0.1L/min 속도로 5회 진행하고 15000psi 정도의 고압 사이클로 2회 진행하여 분산 가공하여 제조한 수계 현탁액을 15g 소분하여 알카리 전해수(pH11) 300g, 수돗물 3L에 희석하여 절삭유제를 제조하였다. 여기서 알카리 전해수를 별도로 투입한 이유는 pH를 상향하여 수계 살균 및 세정효과를 부여하기 위한 것이다. 이를 MQL 공급기에 투입하여 가공부위에 분사하였다.After preparing by mixing 10L of water, 200g of hexagonal boron nitride (hBN) powder prepared above, and 100g of dispersing agent Aerosol OT-100, proceed 5 times at a rate of 0.1L/min with a low pressure cycle of about 7000psi in a high pressure homogenizer and high pressure of about 15000psi A cutting oil was prepared by diluting 15 g of the aqueous suspension prepared by dispersing and processing in a cycle twice and diluting it with 300 g of alkaline electrolyzed water (pH11) and 3 L of tap water. Here, the reason why the alkaline electrolyzed water is added separately is to increase the pH to impart water-based sterilization and cleaning effects. This was put into the MQL feeder and sprayed on the processing area.

(비교예 1) 알카리 전해수(Comparative Example 1) Alkaline Electrolyzed Water

어떠한 첨가제도 없이 pH11인 알카리성 전해수 3L를 제조하여 절삭유제를 제조하였다.A cutting oil was prepared by preparing 3 L of alkaline electrolytic water having a pH of 11 without any additives.

(비교예 2) 물과 육방정 질화붕소(hBN) 입자만으로 구성된 수용액(Comparative Example 2) Aqueous solution consisting only of water and hexagonal boron nitride (hBN) particles

증류수 물 10L에 위에서 준비한 육방정계 질화붕소(hBN) 200g을 투입한 후, 위의 실시예들에서와 동일하게 고압균질기에서 7000psi 정도의 저압 싸이클로 0.1L/min 속도로 5회 진행하고 15000psi 정도의 고압 사이클로 2회 진행하여 분산 가공하여 제조한 수계 현탁액을 제조하였다. 그러나 24시간 경과한 후 육방정 질화붕소(hBN) 입자가 50% 이상 대부분 침전하여 원하는 절삭유제를 제조하지는 못했다.After adding 200 g of hexagonal boron nitride (hBN) prepared above to 10 L of distilled water, proceed 5 times at a rate of 0.1 L/min with a low pressure cycle of about 7000 psi in a high pressure homogenizer in the same manner as in the above examples, and about 15000 psi An aqueous suspension prepared by dispersion processing was prepared by performing two high-pressure cycles. However, after 24 hours, most of the hexagonal boron nitride (hBN) particles were precipitated by 50% or more, and the desired cutting oil could not be prepared.

(비교예 3) O/W 에멀전 타입의 수용성 절삭유를 MQL 공급방식으로 무화 분사(Comparative Example 3) O/W emulsion type water-soluble cutting oil atomized spraying by MQL supply method

시중에 판매되는 O/W 에멀전 타입의 수용성 절삭유 OLEX CUT 7500FE 300g을 수돗물 3L에 희석하여 절삭유제를 제조하였고 이를 MQL 공급기에 투입하여 가공부위에 분사하였다.Cutting oil was prepared by diluting 300 g of commercially available O/W emulsion type water-soluble cutting oil OLEX CUT 7500FE with 3 L of tap water, and it was injected into the MQL feeder and sprayed on the machined area.

(비교예 4) O/W 에멀전 타입의 수용성 절삭유를 Flooding 공급방식으로 액상 분사(Comparative Example 4) Liquid spraying of O/W emulsion type water-soluble cutting oil by Flooding supply method

시중에 판매되는 O/W 에멀전 타입의 수용성 절삭유 OLEX CUT 7500FE 5리터를 수돗물에 10배 더 희석하여 절삭유제를 제조하였고 이를 Flooding 저압펌프 공급기에 투입하여 가공부위에 분사하였다.Cutting oil was prepared by diluting 5 liters of commercially available O/W emulsion type water-soluble cutting oil OLEX CUT 7500FE with tap water more than 10 times, and it was injected into the flooding low-pressure pump supply and sprayed on the processing part.

위에서 제조방법을 설명한 육방정계 질화붕소(hBN)의 입자 크기분포 및 각 실시예 및 비교예에의 분산성을 아래 표 1에 나타낸다. The particle size distribution of the hexagonal boron nitride (hBN) described above and the dispersibility of each Example and Comparative Example are shown in Table 1 below.

각각의 실시예들에서는 hBN 입자가 1일 후에도 콜로이드 상태를 유지하였지만, 동일 조건에서 분산제를 사용하지 않은 비교예 2의 경우 24시간 경과한 후 육방정 질화붕소(hBN) 입자가 50% 이상 침전하여 절삭유제로서 사용이 불가능하므로 이하의 절삭성능 테스트는 진행하지 않았다.In each of the examples, the hBN particles maintained a colloidal state even after 1 day, but in the case of Comparative Example 2 in which no dispersant was used under the same conditions, after 24 hours, more than 50% of the hexagonal boron nitride (hBN) particles precipitated, Since it cannot be used as a cutting oil, the following cutting performance test was not conducted.

Figure 112022120348365-pat00001
Figure 112022120348365-pat00001

비교예 2를 제외한 나머지 절삭유제를 사용하여 아래와 같이 절삭능 테스트를 진행하였다. 절삭성능 시험에 사용한 밀링 공작기계는 Doosan NX6500II 머시닝센터, 피삭재 금속공작물은 SUS304 100x100x70(mm3), 공구는 YG1 10파이 4날 엔드밀을 사용하였다. 엔드밀의 공구마모도는 Keyence VHX5000, 피삭재 가공면의 표면거칠기는 미츠토요 SJ201로 측정하였다. 절삭유 무화 MQL 공급기는 WINMIST 장비를 400cc/hr 속도로 가공부위에 분사하였고, Flooding 공급기는 일반 저압펌프를 사용하여 가공부위에 분사하였다. 밀링 절삭공정 조건은 다음 표 2와 같이 설정하였다.The cutting ability test was conducted as follows using the remaining cutting oils except for Comparative Example 2. The milling machine tool used for the cutting performance test was a Doosan NX6500II machining center, the workpiece metal workpiece was SUS304 100x100x70 (mm3), and the tool was a YG1 10 pi 4-blade end mill. The tool wear of the end mill was measured with Keyence VHX5000, and the surface roughness of the workpiece surface was measured with Mitutoyo SJ201. The cutting oil atomization MQL supplier sprayed the WINMIST equipment at a speed of 400cc/hr to the processing area, and the flooding supplier sprayed it to the processing area using a general low pressure pump. Milling cutting process conditions were set as shown in Table 2 below.

Figure 112022120348365-pat00002
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피삭재를 측면 밀링 가공하였고, 1pass(10m) 단위로 엔드밀 여유면 마모 3지점을 측정하여 최대값을 기록하였다. 절삭가공 종료 기준은 엔드밀 여유면 마모 0.2mm 이상 또는 가공거리 80m(8pass) 도달시점으로 하였다. The workpiece was subjected to side milling, and the maximum value was recorded by measuring 3 points of wear on the free surface of the end mill in units of 1 pass (10 m). The end of the cutting process was set at the end mill free surface wear of 0.2 mm or more or when the processing distance reached 80 m (8 passes).

도 3은 SUS304 피삭재로서 공구마모량, 표면거칠기 측정을 위한 피삭재 가공방식을 나타낸 사진이고, 도 4는 절삭가공 사진으로 MQL 에어로졸 무화 분사(왼쪽), Flooding 액상 분사(오른쪽)를 나타내고, 도 5는 엔드밀 공구의 여유면 마모량 측정방식을 나타낸 사진이고, 도 6은 표면조도(표면거칠기) 측정사진이다.3 is a SUS304 workpiece, a photograph showing a workpiece processing method for measuring tool wear and surface roughness, and FIG. 4 is a cutting process photograph showing MQL aerosol atomization spray (left) and Flooding liquid spray (right), and FIG. 5 is an end It is a photograph showing the method of measuring the wear amount of the spare surface of the mill tool, and FIG. 6 is a photograph of measuring surface roughness (surface roughness).

절삭가공 중에 절삭유제의 공급방식과 관련하여 자세히 설명하면, 비교예 1, 3, 및 실시예들에 사용된 MQL(극미량 윤활; Minimal Quantity Lubrication) 공급 방식에서는 제조된 각각의 절삭유제를 동일한 MQL 장비에 투입하여 에어로졸로 무화시켜 절삭가공 부위에 분사하였다. 또한, 비교예 4에 사용된 Flooding 분사 방식에서는 저압펌프를 통해 Flooding 공급방식으로 액상으로 절삭가공 부위에 분사하였다.In relation to the supply method of cutting oil during cutting, in the MQL (Minimal Quantity Lubrication) supply method used in Comparative Examples 1, 3, and Examples, each manufactured cutting oil is supplied to the same MQL equipment. It was injected into the aerosol and sprayed on the cutting part. In addition, in the flooding spraying method used in Comparative Example 4, the liquid was sprayed to the cutting area by the flooding supply method through a low pressure pump.

위와 같은 절삭성능 테스트 결과, 비교예 1과 같이 알카리 전해수만을 절삭유제로 사용할 경우 피삭재 금속공작물의 절삭가공이 어려웠고 공구마모도가 심하여 절삭초기 가공을 중단하였다. 윤활기능 없이 냉각기능 만으로 절삭가공이 원활하게 수행되지 않는 것으로 판단하였다. As a result of the above cutting performance test, when only alkaline electrolytic water was used as a cutting oil as in Comparative Example 1, it was difficult to cut the metal workpiece and the tool wear was severe, so the initial cutting process was stopped. It was judged that the cutting process was not performed smoothly only with the cooling function without the lubrication function.

시판 중인 O/W 에멀전 타입의 수용성 절삭유를 사용한 비교예 3의 경우, 가공과정에서 연기가 발생하고 오일이 타는 듯한 냄새가 발생하였다. 따라서 오일 기반의 절삭유제는 MQL 분사방식에는 적용하기 어렵다는 점을 확인하였다. In the case of Comparative Example 3 using commercially available O/W emulsion-type water-soluble cutting oil, smoke was generated during the processing and a smell like burning oil was generated. Therefore, it was confirmed that the oil-based cutting fluid is difficult to apply to the MQL spraying method.

도 7은 엔드밀 여유면 공구마모도 측정결과를 나타낸 그래프이고, 도 8은 SUS304 피삭재 공작물 표면거칠기 측정결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the measurement results of tool wear on the free surface of the end mill, and FIG. 8 is a graph showing the measurement results of the surface roughness of the SUS304 workpiece.

도 7에서 확인할 수 있듯이 실시예 1, 2, 3은 7pass(70m)까지 공구마모가 급격히 발생하지 않고 안정적인 성능을 나타낸 반면, 비교예 3, 4는 6pass(60m) 이하에서 공구마모도가 급격히 증가하였다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 육방정 질화붕소(hBN) 기반의 절삭유제의 우수한 공구마모도 저하효과를 설명하는 것으로 보인다. 물 100 대비 hBN 입자 0.1중량비 이하의 저 농도에서도 기존의 O/W 에멀전형 수용성 절삭유의 MQL 무화(비교예 3) 및 Flooding 액상분사(비교예 4) 공급방식에 무관하게 상대적으로 우수한 절삭능을 나타내는 것이다. 즉, 물, hBN, 분산제로 구성된 수계 현탁액이 종래의 O/W 에멀전형 수용성 절삭유보다 우수한 성능의 금속가공 절삭유제로 동작한다는 것을 보여준다. As can be seen in FIG. 7, Examples 1, 2, and 3 showed stable performance without rapid tool wear up to 7 pass (70 m), whereas Comparative Examples 3 and 4 showed a rapid increase in tool wear at 6 pass (60 m) or less. . This seems to explain the excellent tool wear reduction effect of the hexagonal boron nitride (hBN)-based cutting fluid according to an embodiment of the present invention. Even at a low concentration of less than 0.1 weight ratio of hBN particles to 100 water, MQL atomization (Comparative Example 3) and Flooding liquid spray (Comparative Example 4) of the existing O/W emulsion-type water-soluble cutting oil show relatively excellent cutting performance regardless of the supply method. will be. That is, it shows that the water-based suspension composed of water, hBN, and dispersant works as a metalworking cutting fluid with better performance than the conventional O/W emulsion-type water-soluble cutting fluid.

도 8은 비교예 3, 4 및 실시예 1, 2, 3에 대해 절삭가공 종료후 표면조도(표면거칠기) 측정결과를 나타낸다. 실시예들은 0.3um 미만의 표면조도를 나타낸 반면 비교예들은 0.4um 이상의 상대적으로 30% 이상 높은 표면조도를 나타내고 있다. 이는 본 발명의 일 실시예에 따른 hBN 수계 현탁액의 우수한 가공정밀도 개선효과를 설명하는 것으로, 물 100 대비 hBN 입자 0.1중량비 이하의 저 농도에서도 기존의 O/W 에멀전형 수용성 절삭유의 MQL 무화(비교예 3) 및 Flooding 액상분사(비교예 4) 공급방식에 무관하게 우수한 가공정밀도를 나타내는 것이다. 즉, 물, hBN, 분산제로 구성된 수계 현탁액이 O/W 에멀전형 수용성 절삭유보다 우수한 성능의 금속가공 절삭유제로 동작한다는 것을 보여준다. 종합하면 물, hBN 입자, 분산제로 구성된 수계 현탁액을 물에 희석한 수용액이 O/W 에멀전 타입의 기존 수용성 절삭유 대비 우수한 절삭능(피삭재의 가공정밀도, 공구의 마모도)을 나타내었다. Figure 8 shows the surface roughness (surface roughness) measurement results after completion of cutting for Comparative Examples 3 and 4 and Examples 1, 2 and 3. The examples show a surface roughness of less than 0.3um, whereas the comparative examples show a relatively high surface roughness of 0.4um or more by 30% or more. This explains the excellent processing precision improvement effect of the hBN aqueous suspension according to an embodiment of the present invention, even at a low concentration of 0.1 weight ratio of hBN particles to 100 water, MQL atomization of conventional O / W emulsion type water-soluble cutting oil (comparative example 3) and Flooding liquid spraying (Comparative Example 4) shows excellent processing precision regardless of the supply method. That is, it shows that the water-based suspension composed of water, hBN, and dispersant works as a metalworking cutting fluid with better performance than O/W emulsion-type water-soluble cutting fluid. In summary, the water-diluted aqueous suspension consisting of water, hBN particles, and dispersant showed superior cutting performance (processing precision of the workpiece, wear of the tool) compared to the existing water-soluble cutting oil of the O/W emulsion type.

또한 추가실험을 통해 알카리 전해수, 금속 방청제, 동결방지제, 소포제, 방부제 중 하나 이상을 더 투입하여 피삭재 금속공작물의 표면거칠기 개선, 공구마모도 개선 뿐만 아니라 방청, 동결방지, 거품억제, 살균 효과를 충족한다는 것을 확인하였다. 이는 금속가공을 위해 오일 성분을 포함하지 않아 친환경적이며 특히 극미량 윤활 가공에 적용할 수 있다는 것을 보여준다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수계 현탁액은 위와 같은 금속가공 절삭유제 적용에 한정하지 않고 플라스틱 등 다른 소재로 구성된 피삭재 공작물을 가공하는 목적으로도 적용할 수 있다. 또한 hBN 고유의 우수한 윤활 기능 및 높은 열전도도, 이형성을 통해 다양한 형태의 마찰, 마모가 발생하는 기계장치에 적용할 수 있는 윤활제로도 적용할 수 있다.In addition, through additional experiments, at least one of alkaline electrolyzed water, metal rust preventive, anti-freezing agent, antifoaming agent, and preservative was added to improve the surface roughness of the metal workpiece and tool wear, as well as to satisfy the anti-corrosion, anti-freeze, anti-foam, and sterilization effects. confirmed that This shows that it is eco-friendly because it does not contain oil components for metal processing and can be applied to ultra-trace lubrication processing. The aqueous suspension according to an embodiment of the present invention is not limited to the application of the metal processing cutting oil as described above, but can also be applied for the purpose of processing a workpiece made of other materials such as plastic. In addition, it can be applied as a lubricant that can be applied to machinery that generates various types of friction and wear through hBN's unique excellent lubrication function, high thermal conductivity, and releasability.

Claims (12)

물, 육방정계 질화붕소(hBN) 입자, 분산제를 포함하고,
상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자는 초음파 24시간 인가를 통해, 1차입자 및 2차입자가 D50 기준으로 30~250nm 범위와 D90 기준으로 1um 이하의 입자크기를 가진 입자인, 수계 현탁액
Including water, hexagonal boron nitride (hBN) particles, and a dispersant,
The hexagonal boron nitride (hBN) particles are aqueous suspensions in which primary and secondary particles have a particle size in the range of 30 to 250 nm based on D50 and less than 1 μm based on D90 through application of ultrasonic waves for 24 hours.
청구항 1에 있어서,
상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자는 물에 젖음성 있는 친수성 입자인, 수계 현탁액
The method of claim 1,
The hexagonal boron nitride (hBN) particles are water-wettable hydrophilic particles, an aqueous suspension
청구항 1에 있어서,
상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자는 가스 분위기를 제어하지 않는 공기중 열처리로에서 1600℃ 이하의 온도에서 합성된 입자인, 수계 현탁액
The method of claim 1,
The hexagonal boron nitride (hBN) particles are particles synthesized at a temperature of 1600 ° C. or less in an air heat treatment furnace that does not control the gas atmosphere, an aqueous suspension
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 육방정계 질화붕소(hBN) 입자를 상기 물 대비 10 이하의 중량비로 혼합하고, 상기 분산제는 상기 물 대비 10 이하의 중량비(분산제의 고형분 무게)로 혼합한, 수계 현탁액
The method of claim 1,
An aqueous suspension in which the hexagonal boron nitride (hBN) particles are mixed at a weight ratio of 10 or less to the water, and the dispersant is mixed at a weight ratio of 10 or less (solid weight of the dispersant) to the water.
청구항 1에 있어서,
상기 물은 pH10 이상의 알카리 이온수를 포함하는, 수계 현탁액
The method of claim 1,
An aqueous suspension, wherein the water comprises alkaline ionized water of pH 10 or higher
청구항 1에 있어서,
상기 분산제는 음이온성, 양이온성, 양쪽 이온성, 비이온성 분산제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 단독 또는 조합하여 사용하는, 수계 현탁액
The method of claim 1,
The dispersant is an aqueous suspension using one or more selected from the group consisting of anionic, cationic, zwitterionic, and nonionic dispersants alone or in combination.
청구항 1에 있어서,
방청제, 소포제, 동결방지제, 방부제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는, 수계 현탁액
The method of claim 1,
Aqueous suspension further comprising at least one selected from the group consisting of rust inhibitors, antifoaming agents, antifreezing agents, and preservatives
청구항 1에 있어서,
2차입자 D50 기준 1um 이하 크기를 가진 Al2O3, MoS2, SiO2, ZrO2, CuO, SiC, TiO2, 다이아몬드 분말이나 CNT, 그래핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는, 수계 현탁액
The method of claim 1,
An aqueous suspension further comprising at least one selected from the group consisting of Al2O3, MoS2, SiO2, ZrO2, CuO, SiC, TiO2, diamond powder, CNT, and graphene having a secondary particle size of 1 um or less based on D50
청구항 1 내지 청구항 3, 및 청구항 5 내지 청구항 9 중의 어느 하나의 청구항에 기재된 수계 현탁액을 물로 희석한, 절삭유제
A cutting oil obtained by diluting an aqueous suspension according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 9 with water.
청구항 10에 있어서,
상기 절삭유제는 MQL 분사방식에 사용되는, 절삭유제
The method of claim 10,
The cutting oil is a cutting oil used in the MQL injection method.
청구항 10에 있어서,
알카리 이온수, 방청제, 소포제, 동결방지제, 방부제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는, 절삭유제
The method of claim 10,
A cutting oil further comprising at least one selected from the group consisting of alkaline ionized water, rust inhibitor, antifoaming agent, antifreezing agent, and preservative.
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