KR102574469B1 - 수용성절삭유의 부패 지연 성능이 향상된 습동면 윤활유 조성물 - Google Patents

수용성절삭유의 부패 지연 성능이 향상된 습동면 윤활유 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수용성절삭유의 부패지연기능을 향상시킨 습동면 윤활유 조성물에 관한 것으로서, 사용이 완료된 습동면유에 유기염기성분인 디사이클로헥실아민(Dicyclohexylamine, HN(C6H11)2)을 혼합한 습동면유 조성물을 사용하여, 수용성절삭유의 산성화를 지연시킴으로써 부패 지연 성능이 향상된 습동면 윤활유 조성물을 제공하고자 한다.

Description

수용성절삭유의 부패 지연 성능이 향상된 습동면 윤활유 조성물{SLIDEWAY LUBLICANT FOR DELAYING DECOMPOSITION}
본 발명은 습동면 윤활유 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 습동면 윤활유에 유기염기성분과 항균성분을 혼합하여 수용성절삭유의 조기부패를 예방함으로써 수용성절삭유의 사용수명을 연장시켜 공정효율성을 향상시킬 수 있는 수용성절삭유의 부패 지연 성능이 향상된 습동면 윤활유 조성물에 관한 것이다.
습동면 윤활유는 CNC 선반, MCT 밀링 등 각종 공작기계, 정밀기계에서 왕복운동을 하는 부분을(습동면) 위한 윤활유로서, 마찰을 줄이고 방청, 내부식성능을 높혀 주며 스틱슬립(STICK-SLIP) 성능을 개선하여 생산품의 정밀도를 높혀 기계를 보호하는 역할을 한다. 이러한 습동면 윤활유는 베드면에서의 마찰 마모 방지 역할을 마친 후 장비의 아래 쪽으로 흘러 내려가서 가공용 윤활유의 탱크 안으로 흘러 들어가게 된다. 예를 들어, 비수용성 절삭유제를 사용하는 경우, 비수용성 절삭유조에 섞여 들어가며, 수용성절삭유제를 사용하는 경우에는 수용성 절삭유조에 혼입되게 된다.
특히, 약알카리(pH9.0~9.7)로 유지되는 수용성절삭유는 물(90~97%)에 희석하여 가공용 윤활유로 사용하는 형태인 바, 지속적인 사용을 통해 점차 pH가 저하되고 부패가 진행되며 악취를 유발한다. 이러한 수용성 절삭유의 부패를 지연시키기 위하여 종래 수용성 절삭유에는 페놀계, 포름알데히드계, 살리실산계, 구아니딘계, 벤조이소티아졸린계 등의 부패방지제들이 첨가되어 제조되고 있으나, 이들 부패방지제들에 대하여 저항력을 나타내는 미생물에 대해서는 부패방지제로서 효과적인 기능을 나타내지 못하고 있다. 특히 습동면 윤활유가 수용성 절삭유조에 혼입되면, 비수용성인 습동면 윤활유는 수용성 절삭유제와 섞이지 않고 분리되어 수용성 절삭유 표면에 부유하게 된다. 이렇게 부유하게 된 습동면 윤활유는 수용성 절삭유의 산소 공급을 차단시키고, 수용성 절삭유를 보다 급격하게 부패시키며 공업적으로 사용 중 어떠한 형태로든 부패가 진행되어 악취발생, 환경오염, 작업환경이 열악해질 뿐 아니라 종래 사용되는 부패방지제가 함유된 절삭유의 경우 인체에 유해하여 작업자의 건강을 위협하는 문제점이 있다.
따라서 수용성 절삭유에 혼입되어 조기 부패 및 부패 촉진을 일으키는 습동면 윤활유에 개선을 통해 종래 발생하던 문제점의 근본적인 개선이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 사용이 완료된 습동면유에 유기염기성분인 디사이클로헥실아민(Dicyclohexylamine, (HN(C6H11)2)을 혼합하여 수용성절삭유의 산성화를 지연시킴으로써 부패촉진 문제를 해결할 수 있는 부패 지연 성능이 향상된 습동면유 조성물을 제공하고자 한다.
나아가, 페녹시에탄올(Phenoxy ethanol, C8H10O2)을 추가로 혼합함으로써, 항균효과를 통해 박테리아 발생을 지연시킬 수 있어 부패지연 성능을 보다 향상시킬 수 있는 부패지연 성능이 향상된 습동면유 조성물을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 수용성 절삭유의 부패지연성능을 향상시킨 습동면 윤활유 조성물은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여, 디사이클로헥실아민 (Dicyclohexylamine, (HN(C6H11)2) 0.5~3중량% 함유하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 습동면 윤활유 100중량%에 대하여, 페녹시에탄올 (Phenoxy ethanol, C8H10O2) 0.5~1중량%를 합성오일과 함께 더 포함하되, 상기 합성오일은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여 9~11중량%인 트라이메틸올프로판 트라이올레인 산(TMPTO, Trimethylolpropane trioleate)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공지의 습동면 윤활유에 유기염기성분인 디사이클로헥실아민을 혼합하여 수용성절삭유의 산성화를 방지하고, 부패유발과 부패촉진을 지연시킴으로써 수용성 절삭유의 교체비용과 시간을 절감하여 공정효율성을 극대화시킬 수 있다.
또한 상술한 조성물에 항균성분인 페녹시에탄올을 추가로 더 포함함으로써 수용성절삭유의 산성화 방지 효과를 극대화시키는 바 부패유발과 부패촉진을 지연시키고 박테리아 발생을 예방할 수 있는 장점이 있다.
나아가, 수용성 절삭유의 부패를 지연시킬 수 있어 부패로 인한 악취와 열악한 작업환경, 환경 오염 등의 환경 개선의 효과가 있다.
도 1은 본발명의 일 실시예에 따른 습동면 윤활유 조성물과 비교예의 시험예를 데이터로 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 수용성 절삭유의 부패지연 성능을 향상시킨 습동면 윤활유 조성물을 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 관리자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
습동면 윤활유는 비수용성 합성오일(광유 베이스)이며, 일반적으로 사용이 완료된 습동면 윤활유(Tramp oil, 트램프 오일)는 수용성절삭유에 유입되며, 수용성절삭유와 섞이지 않고 분리되어 수용성절삭유 표면에 부유하게 된다. 이러한 습동면 윤활유의 유입에 의해 약 알칼리(pH9.0~9,7)인 수용성절삭유에는 산소 공급이 차단되고 산성화가 진행되며 결국 조기 부패를 유발할 뿐 아니라 부패를 촉진한다. 즉 수용성 절삭유의 수명을 단축시켜 주기적인 교체가 필요하며 부패로 인해 악취와 환경오염을 유발한다. 본 실시예는 전술한 수용성절삭유의 부패를 지연시켜 수명을 연장시킴으로 인해 공정효율성을 향상시키고, 악취와 환경오염을 예방할 수 있는 습동면 윤활유 조성물을 그 방안으로 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 습동면 윤활유는, 공지된 습동면 윤활유 100중량%에 대하여, 디사이클로헥실아민 (Dicyclohexylamine, (HN(C6H11)2) 0.5~3중량% 함유한다. 디사이클로헥실아민은 염기성을 띠는 유기염기의 일종이며, 액상의 기름에 용해되는 특성을 갖는다. 따라서 트램프 오일로 전환된 습동면 윤활유가 수용성절삭유에 유입되면 공정 중 수용성절삭유와 혼합되고 와류를 형성하는 과정에서 디사이클로헥실아민이 수용성절삭유 표면에 부유한 습동면 윤활유와 작용하면서 염기적 특성을 부여할 수 있다. 따라서 수용성절삭유의 산성화를 지연시키고, 장기간 습동면윤활유 유입전 초기 pH를 유지시킬 수 있는바, pH저하로 인한 수용성절삭유의 조기부패와 부패촉진현상을 지연시킬 수 있다.
이때 상기 디사이클로헥실아민은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여 0.5~3중량% 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만인 경우 수용성절삭유의 산성화 차단 효과가 미미하며, 상기 범위를 초과하는 경우 습동면 윤활유에 오히려 탁도가 발생하여 부산물에 의해 수용성절삭유의 오염이 진행될 수 있다.
한편, 습동면 윤활유에 디사이클로헥실아민과 함께 추가로 페녹시에탄올(Phenoxy ethanol, C8H10O2)을 혼합할 수 있다. 페녹시에탄올은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여, 0.5~1중량%일 수 있다. 나아가, 페녹시에탄올과 습동면 윤활유의 용해력을 향상시키기 위하여 합성오일을 추가로 혼합한다. 상기 합성오일은 트라이메틸올프로판 트라이올레인산(TMPTO, Trimethylolpropane trioleate) 이며, 습동면 윤활유 100중량%에 대하여 9~11중량%일 수 있다.
상세하게는, 페녹시에탄올은 항균성분을 함유한 천연성분의 일종이며, 습동면 윤활유가 트램프 오일로 전환되어 수용성절삭유에 유입되어 부패시 발생하는 박테리아 등의 균주의 생성과 활성을 억제시킬 수 있다. 상기 페녹시에탄올은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여, 0.5~1중량%인 것이 바람직하며, 상기 범위 미만인 경우 항균효과가 미미하며 상기 범위를 초과하는 경우 습동면유에 탁도가 발생하거나 습동면 윤활유와 층이 분리되어 수용성절삭유의 오염을 진행시킬 수 있다.
나아가, 페녹시에탄올의 용해력을 향상시키기 위한 합성오일인 트라이메틸올프로판 트라이올레인산을 함께 혼합하는 것이 바람직하며, 이 합성오일은 페녹시에탄올의 용해력 향상과 습동면 윤활유의 윤활력을 향상시킨다. 상기 트라이메틸올프로판 트라이올레인산은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여 9~11중량% 인 것이 바람직하며, 상기 범위 미만인 경우 페녹시에탄올의 용해력에 효과가 없고, 상기 범위를 초과하는 경우 습동면유에 탁도가 발생하거나 습동면유와 층이 분리되어 수용성절삭유의 오염을 진행시킬 수 있다.
[시험예]
1.디사이클로헥실아민 및 페녹시에탄올의 습동면유와 상용성 실험
가.디사이클로헥실아민의 사용 함량
디사이클로헥실아민의 함량 15℃ -5℃
0.5 - -
1 - -
1.5 - -
2.0 - -
2.5 - -
3.0 - 미세탁도발생
3.5 - 탁도발생
*습동면 윤활유에 대한 디사이클로헥실아민의 혼합 중량%를 나타내며, 상온 15℃와 상대적으로 저온인 -5℃에서 30일 동안 방치한 후 나타난 결과이다. -는 부유물이나 탁도가 발생하지 않은 경우로서 습동면유와 상용성에 문제가 없는 경우이다.
상기 가.를 통해 디사이클로헥실아민이 습동면 윤활유에 0.5~3중량%를 초과하여 혼합된 경우, -5℃에서 미세탁도가 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서 실제 외부온도 조건이 저온인 환경에서는 탁도가 발생할 수 있고, 디사이클로헥실아민이 혼합된 습동면유가 트램프오일이되어 수용성절삭유에 유입되면 부산물에 의해 오염이 촉진될 수 있다. 따라서 디사이클로헥실아민은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여 0.5~3중량%인 것이 바람직하다.
나.페녹시에탄올 및 합성오일의 사용함량
함량(중량%) 15℃ -5℃
페녹시에탄올 TMPTO
0.5 10 - -
1 10 - -
1.5 10 미세탁도발생 미세탁도발생
2.0 10 일부 층 분리발생 일부 층 분리 발생
*습동면 윤활유에 대한 페녹시에탄올 및 합성오일인 TMPTO의 혼합 중량%를 나타내며, 상온 15℃와 상대적으로 저온인 -5℃에서 30일 동안 방치한 후 나타난 결과이다. "-"는 부유물이나 탁도가 발생하지 않은 경우로서 습동면유와 상용성에 문제가 없는 경우이다.
상기 나.를 통해 페녹시에탄올과 TMPTO(트라이메틸올프로판 트라이올레인 산, Trimethylolpropane trioleate)가 습동면 윤활유에 각각 0.5~1중량% 및 10중량%를 초과하여 혼합된 경우, 미세탁도가 발생하는 것을 알 수 있다. 따라서 실제 외부온도 조건이 저온인 환경에서는 탁도가 발생할 수 있고, 페녹시에탄올과 TMPTO이 혼합된 습동면유가 트램프오일이되어 수용성절삭유에 유입되면 부산물에 의해 오염이 촉진될 수 있다. 따라서 페녹시에탄올과 TMPTO은 습동면 윤활유 100중량%에 대하여 각각 0.5~1중량% 및 9~11중량%인 것이 바람직하다.
2.실험예
공지의 습동면 윤활유와 본원출원에 대하여 50일 동안 pH변화 및 박테리아 발생 여부를 관찰하였다.
가.비교예 및 실시예 준비
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
페녹시에탄올 - 1 - 1 - 1
디사이클로헥실아민 - - 1 1 3 3
*조성물의 함량은 공지의 습동면 윤활유 100중량%에 대한 중량%를 의미한다
공지의 습동면 윤활유는 시중에 판매되는 제품(동점도 68cSt/40℃)으로서, 베이스오일(윤활기유, Base oil) 94~98%, 극압첨가제 2~5%, 스틱슬립(Stick-slip) 방지첨가제 0.1~0.2%를 포함한다. 공지의 수용성 절삭유는 시중에 판매되는 에멀전 타입의 수용성 절삭유로서, 디사이클로헥실아민 2중량%와 페녹시에탄올 2중량%가 이미 함유된 것이며, 물 97중량%에 3중량% 투입한 희석액(농도 3%)을 사용하였다. 비교예로서 공지의 습동면 윤활유(a), 공지의 습동면 윤활유 조성물에 페녹시에탄올을 포함하는 습동면 윤활유(b)이다. 실시예로서 공지의 습동면 윤활유 조성물에 유기염기성분인 디사이클로헥실아민을 포함하는 습동면 윤활유(c) 및 (e), 유기염기성 첨가물인 디사이클로아민과 항균성 첨가물인 페녹시에탄올을 포함하는 습동면 윤활유(d) 및 (f)이다. 추가로, 200ml 삼각플라스크 6개, 건식주물칩 6개, pH측정기, 온도 조절이 가능한 전기 항온오븐, 부패촉진제로서 시중에서 구매한 박테리아 배양 키트 및 박테리아 카운트가 107에 해당하는 부패액을 부패균 접종용으로 사용하였다.
나.시험방법
공지의 수용성 절삭유(3% 희석액, 물 97중량%에 공지의 수용성 절삭유 3중량% 혼합액)의 초기 pH를 측정하고 각각 200ml 삼각플라스크에 담은 후 각 플라스크에 건식 절삭으로 제조한 주물칩(약 10g)과 (a), (b), (c), (d), (e) 및 (f) 20ml를 투입한다. 또한 부패촉진제로서 부패된 수용성 절삭유 부패균을 1회/1일 0.5g씩 투입하여 접종시켰다. 습동면 윤활유와 수용성절삭유가 혼합되도록 각 플라스크를 흔들어 습동면 윤활유와 수용성절삭유로부터 부유되지 않도록 한다. 각 플라스크의 마개는 통풍이 용이한 얇은 헝겁으로 실링한 후 부패가 용이한 조건인 상온 30℃로 설정된 항온오븐에 보관한다. 시험기간 동안 5일 간격으로 각 플라스크로부터 시료를 채취하여 pH를 측정하고, 다시 흔들어 혼합한 후 상온 30℃로 설정된 항온오븐에 보관한다. 이후 pH가 9.0 이하가 되면 박테리아 배양키트를 통해 박테리아 생성여부를 확인한다.
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
pH 박테
리아		 pH 박테
리아		 pH 박테
리아		 pH 박테
리아
박테
리아		 pH 박테
리아
1일 9.53 - 9.53 - 9.53 - 9.53 - 9.53 - 9.53 -
5일 9.48 - 9.52 - 9.79 - 9.77 - 9.85 - 9.83 -
10일 9.38 - 9.42 - 9.75 - 9.72 - 9.83 - 9.83 -
15일 9.3 - 9.40 - 9.71 - 9.70 - 9.80 - 9.82 -
20일 9.25 - 9.38 - 9.63 - 9.65 - 9.75 - 9.78 -
25일 9.18 - 9.32 - 9.58 - 9.6 - 9.72 - 9.77 -
30일 9.10 - 9.27 - 9.53 - 9.53 - 9.70 - 9.75 -
35일 9.03 - 9.2 - 9.45 - 9.47 - 9.66 - 9.72 -
40일 8.96 - 9.18 - 9.45 - 9.43 - 9.63 - 9.70 -
45일 8.88 - 9.16 - 9.40 - 9.38 - 9.60 - 9.66 -
50일 8.67 101 9.12 - 9.35 - 9.34 - 9.58 - 9.64 -
상기 [표 4] 및 [도 1]을 참고하면, (a)의 pH가 가장 빠른 속도로 저하되어 약 40일에 부패가 용이한 조건인 pH9.0 이하가 되었으며 박테리아가 발생된 것으로 보아 부패가 상당히 진행된 것을 알 수 있다. (b)는 공지의 습동면 윤활유에 페녹시에탄올 1중량%가 포함된 것으로서, (a)에 비하여 pH저하 속도가 느렸으나 50일차에 pH9.12가 측정되어 pH9.0에 가까운 산성도가 측정되었다. (c)는 공지의 습동면 윤활유에 디사이클로헥실아민 1중량%가 포함된 것이며, (d)는 공지의 습동면 윤활유에 디사이클로헥실아민 1중량% 및 페녹시에탄올 1중량%가 포함된 것인데 (a) 및 (b)에 비하여 pH저하 속도가 매우 느릴 뿐 아니라, 50일 차에 pH9.35, pH9.34 로서 pH저하 정도가 작은 폭을 보였다. 또한, 3일차에 pH9.75, pH9.74 로 pH가 급격하게 상승하며 상대적으로 상당히 느린 pH저하 효과를 확인하였고, 50일 차에 실험 최초 1일차 측정된 pH와 유사한 pH를 유지하는 것을 확인할 수 있었다. (e)는 공지의 습동면 윤활유에 디사이클로헥실아민 3중량%가 포함된 것인데, (a) 및 (b)에 비하여 pH저하 속도가 상대적으로 매우 느릴 뿐 아니라, 50일차의 pH가 실험 전 pH보다 더 높아진 것을 알 수 있다. (f)는 공지의 습동면 윤활유에 디사이클로헥실아민 3중량% 및 페녹시에탄올 1중량%가 포함된 것인데, (a) 및 (b)에 비하여 pH저하 속도가 상대적으로 매우 느릴 뿐 아니라, (c)~(e) 중 가장 느린 pH저하를 보여주고 있다. 참고로, 50일차 실험이 종료된 이후 pH 및 박테리아 발생여부 검사결과 (a)가 pH 9.0이하로 측정되었고 박테리아가 검출된 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이 종래 습동면 윤활유가 트램프 오일로 전환되어 수용성절삭유에 투입되면 조기 부패를 유도하며 악취로 인한 열악한 작업환경, 환경 오염 등의 문제를 유발하지만, 상기 실험 결과를 통해 디사이클로헥실아민, 페녹시에탄올을 활용하여 수용성절삭유의 조기 부패의 발생과 부패촉진을 지연시킬 수 있어 수용성절삭유의 교체주기를 연장시켜 공정효율성을 향상시킬 뿐 아니라, 악취로 인한 작업환경을 개선시킬 수 있고 환경오염에 미치는 악영향을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 습동면 전용윤활유 100중량%에 대하여,
    디사이클로헥실아민 (Dicyclohexylamine, HN(C6H11)2)을 0.5~3중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는, 수용성절삭유의 부패 지연기능을 향상시킨 습동면 윤활유 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    습동면 전용윤활유 100중량%에 대하여,
    페녹시에탄올 (Phenoxy ethanol, C8H10O2) 0.5~1중량%을 합성오일과 함께 더 포함하되, 상기 합성오일은 페녹시에탄올 100중량%에 대하여 9~11중량%인 트라이메틸올프로판 트라이올레인 산(TMPTO, Trimethylolpropane trioleate)인 것을 특징으로 하는 수용성절삭유의 부패지연기능을 향상시킨 습동면 윤활유 조성물.
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