KR20080102326A - 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 유제 - Google Patents

극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 유제 Download PDF

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KR20080102326A
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히데오 요코타
마사노리 이비
사토시 스다
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신닛뽄세키유 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 극미량 유제(油劑, oil) 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면(sliding surface)용 유제는 에스테르를 함유하는 것이며, 극미량 유제 공급방식에 의한 절삭·연삭 가공방법에 적합한 절삭·연삭가공용 윤활 유제로서 사용되며, 또한 접동면용 윤활 유제로서도 사용할 수 있는 유제이다.
절삭 연삭가공용 유제, 에스테르, 극미량 유제 공급법, 접동면용 유제, 윤활성, 내마모성.

Description

극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 유제 {Oil for cutting and grinding by ultra low volume oil feed system and for sliding surface}
본 발명은 극미량 유제(油劑, oil) 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면(sliding surface)용 유제 및 이를 사용한 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에 관한 것이며, 상세하게는 극미량의 유제를 압축 유체와 함께 가공 부위에 공급하면서 피가공 부재를 절삭·연삭가공하는 방법 및 이러한 절삭·연삭방법에 사용되는 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 유제에 관한 것이다.
절삭·연삭가공에서는 가공에 사용되는 드릴, 엔드 밀, 바이트, 숫돌 등의 공구의 수명 연장이나 피가공물의 표면 조도(toughness) 향상 및 이에 따른 가공 능률의 향상이라는 기계가공시의 생산성의 향상을 목적으로 하여 통상적으로 절삭·연삭가공용 유제가 사용되고 있다.
절삭·연삭가공용 유제는 계면활성제 및 윤활 성분을 물로 희석하여 사용하는 수용성 절삭·연삭가공용 유제와 광물유를 주성분으로 하여 원액 그대로 사용하 는 비수용성 절삭·연삭가공용 유제의 2종류로 대별된다. 그리고, 종래의 절삭·연삭가공에서는 어떤 유제를 사용하는 경우에도 비교적 대량의 절삭·연삭 유제가 가공 부위에 공급된다.
절삭·연삭가공용 유제의 가장 기본적이면서 또한 중요한 기능으로서는 윤활 작용과 냉각 작용을 들 수 있다. 일반적으로 비수용성 절삭·연삭가공용 유제는 윤활 성능, 수용성 절삭·연삭가공용 유제는 냉각 성능이 각각 우수하다. 비수용성 유제의 냉각 효과는 수용성 유제와 비교하면 떨어지므로, 통상적으로 1분 동안에 수 리터 내지 경우에 따라서는 수십 리터 정도의 대량의 비수용성 절삭·연삭 유제가 필요해진다.
가공 능률의 향상에 효과적인 절삭·연삭 유제도 별도의 측면으로부터 보면 바람직하지 않은 점이 있으며 이의 대표적인 문제점으로서 환경에 대한 영향을 들 수 있다. 비수용성, 수용성에 관계없이 유제는 사용중에 서서히 열화되어 결국에는 사용불능인 상태로 된다. 예를 들면, 수용성 유제의 경우에는 미생물의 발생에 따라 액의 안정성이 저하되어 성분의 분리가 생기거나 위생환경을 현저하게 저하시켜 이의 사용이 불가능해진다. 또한, 비수용성 유제의 경우에는 산화의 진행에 따라 발생되는 산성 성분이 금속 재료를 부식시키거나 점도의 현저한 변화가 생겨 이의 사용이 불가능해진다. 또한, 유제가 부스러기 등에 부착되어 소비됨으로써 폐기물로 된다.
이러한 경우에는 열화된 유제를 폐기하며 새로운 유제가 사용된다. 이때에 폐기물로서 배출되는 유제는 환경에 영향을 미치지 않도록 다양한 처리가 필요해진 다. 예를 들면, 작업 능률의 향상을 우선시하여 개발되고 있는 절삭·연삭 유제에는 소각처리할 때에 유독한 다이옥신을 발생시킬 가능성이 있는 염소계 화합물이 많이 사용되고 있으므로, 이들 화합물의 제거처리 등이 필요해진다. 따라서, 염소계 화합물을 함유하지 않는 절삭·연삭 유제도 개발되고 있지만, 비록 이러한 유해한 성분을 함유하지 않는 절삭·연삭 유제라도 폐기물의 대량 배출에 동반되는 환경에 대한 영향이라는 문제가 있다. 또한, 수용성 유제의 경우에는 환경 수역을 오염시킬 가능성이 있으므로 높은 비용을 들여 고도로 처리를 실시하는 것이 필요하다.
상기와 같은 문제점에 대처하기 위해 최근에는 절삭·연삭 장소에 냉풍을 분무하여 냉각시킴으로써 절삭·연삭 유제의 대용으로 하는 검토가 이루어지고 있지만, 이 경우에는 절삭·연삭 유제에 요구되고 있는 윤활성이라는 다른 성능은 얻어지지 않는다.
이러한 배경하에 통상적인 절삭·연삭가공에서의 유제의 사용량에 비해 1/1000,000 내지 1/100,000 정도의 극미량의 유제를 압축 유체(예: 압축 공기)와 함께 가공물에 공급하면서 절삭·연삭을 실시하는 극미량 유제 공급방식 절삭·연삭 가공방법이 개발되고 있다. 이러한 시스템에서는 압축 공기에 의한 냉각 효과가 얻어지며, 또한 극미량의 유제를 사용하므로 폐기물량을 감소시킬 수 있으며, 따라서 폐기물의 대량 배출에 따르는 환경에 대한 영향도 개선할 수 있다.
그런데, 극미량 유제 공급방식을 이용하는 절삭·연삭가공에서는 유제의 공급량이 극미량이라도 표면이 양호한 가공물을 얻을 수 있으며, 또한 공구 등의 마모도 적고, 절삭·연삭을 효율적으로 실시할 수 있는 것이 요망되며, 따라서 절삭·연삭가공 유제에는 보다 높은 성능이 요구된다. 또한, 폐기물 처리나 작업환경의 관점에서 생분해성이 우수한 유제인 것이 바람직하다.
또한, 극미량 유제 공급방식에서는 유제는 오일 미스트(oil mist)로 공급되므로 안정성이 나쁜 유제를 사용하는 경우, 공작기계 내부, 워크, 공구, 미스트 콜렉터 내부 등에 부착되어 끈적거리는 현상의 원인으로 되어 취급성에서 지장을 초래하며 작업 능률이 저하된다. 따라서, 극미량 유제 공급방식에 사용하는 유제의 개발에서는 유제가 잘 끈적거리지 않는 것이 바람직하다.
그러나, 종래의 절삭·연삭가공용 유제를 그대로 극미량 유제 공급방식에 사용해도 상기한 요구 성능 모두를 균형적으로 만족시키는 것은 대단히 곤란하며 우수한 특성을 갖는 신규한 절삭·연삭가공용 유제의 개발이 요망되고 있다.
한편, 공작기계에는 가공 부위에서 윤활제 뿐만 아니라 접동면이나 유압 기기, 베어링 부분 및 기어 부분에서도 윤활 유제가 사용된다.
최근의 공작기계의 공간 절약, 에너지 절약의 관점에서 이들 공작기계에 사용되는 윤활 유제를 통일하는 것이 요구되고 있지만 각 윤활 부위마다 요구되는 성능이 상이하므로 모든 윤활 부위를 1종류의 윤활 유제만으로 윤활 공정을 수행하는 것은 곤란하다.
예를 들면, 접동면용 윤활 유제로서는 접동면에서의 마찰계수가 작은 것이나 스틱 슬립 방지성이 높은 등 마찰 특성이 우수한 것이 요구된다. 공작기계의 가공 테이블 등의 접동면에서 스틱 슬립이 발생되면 이의 마찰진동이 그대로 가공물에 전사되며 그 결과, 가공정밀도가 저하되거나 또는 당해 진동으로부터 공구 수명이 저하되는 등의 문제가 생긴다.
본 발명은 이러한 실상을 감안하여 이루어진 것이며 극미량 유제 공급방식에 따른 절삭·연삭 가공방법에 적합한 절삭·연삭가공용 윤활 유제로서 사용되며, 또한 접동면용 윤활 유제로서도 사용할 수 있는 윤활 유제 및 이를 사용하는 극미량 유제 공급방식 절삭·연삭 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하려고 예의 연구를 거듭한 결과, 에스테르를 함유하는 유제가 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 유제 및 접동면용 유제로서 특성이 우수한 것을 밝혀내고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 유제는 에스테르를 함유하는 것이다.
또한, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법은 극미량 유제 공급식으로 피가공 부재를 절삭·연삭가공하는 방법으로서, 절삭·연삭가공용 유제 및 공작기계의 접동면용 유제로서 각각 동일한 에스테르를 함유하는 유제를 사용함을 특징으로 한다.
본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에서는 절삭·연삭가공용 유제 및 접동면용 유제가 동일한 유제인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 적절한 실시 형태에 관해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 유제는 에스테르를 함유하는 것이다.
여기서, 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공이란 통상적인 절삭·연삭가공에서의 유제의 사용량에 비해 1/1000,000 내지 1/100,000 정도의 극미량의 유제를 압축 유체와 함께 절삭·연삭 장소에 공급하면서 실시하는 절삭·연삭가공을 말한다. 보다 구체적으로는 극미량 유제 공급방식이란 통상 최대 1㎖/분 이하의 미량의 유제를 압축 유체(예: 압축 공기)와 함께 절삭·연삭부위를 향하여 공급하는 방식을 말한다. 또한, 압축 공기 이외에 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 물 등의 압축 유체를 단독으로 사용하거나 이들 유체를 혼합하여 사용할 수 있다.
극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공에서 압축 유체의 압력은 유제가 비산하여 분위기를 오염시키지 않도록 하는 압력 및 유제와 기체 또는 액체와의 혼합 유체가 절삭·연삭가공점에 충분하게 도달할 수 있도록 하는 압력으로 조절된다. 또한, 압축 유체의 온도는 냉각성의 관점에서 통상적으로 실온(25℃ 정도) 또는 실온 내지 -50℃로 조절된다.
또한, 본 발명에서 말하는 접동면용 유제란 절삭·연삭가공에 사용되는 공작기계에 구비된 구성 부재 중에서 서로 접하는 두 평면의 접동운동의 안내 기구에 사용되는 윤활 유제를 말한다. 예를 들면, 베드 위를 이동할 수 있는 테이블 위에 피가공 부재를 배치하여 테이블을 이동시켜 절삭·연삭가공용 공구를 향하여 피가공 부재를 반송하는 공작기계에서는 테이블과 베드 사이의 접동면이 접동면용 유제에 의해 윤활된다. 또한, 베드 위를 이동할 수 있는 받침대 위에 절삭·연삭가공용 공구를 고정하여 당해 받침대를 이동시켜 공구를 피가공 부재를 향해 이동시키는 공작기계에서는 받침대와 베드 사이의 접동면이 접동면용 유제에 의해 윤활된다.
본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 유제(이하, 간단히 「본 발명의 유제」라고 한다)에 함유되는 에스테르는 천연물(통상적으로는 동식물 등의 천연 유지에 포함되는 것) 또는 합성물일 수 있다. 본 발명에서는 수득되는 유제 조성물의 안정성이나 에스테르 성분의 균일성 등의 점에서 합성 에스테르인 것이 바람직하다.
에스테르를 구성하는 알콜로서는 1가 알콜 또는 다가 알콜이라도 양호하며, 또한 에스테르를 구성하는 산으로서는 1염기산 또는 다염기산이라도 양호하다.
1가 알콜로서는 통상적으로 탄소수가 1 내지 24, 바람직하게는 1 내지 12, 보다 바람직하게는 1 내지 8인 것이 사용되며, 이러한 알콜은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화일 수 있다. 탄소수 1 내지 24의 알콜로서는 구체적으로는, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 직쇄 또는 분지쇄 프로판올, 직쇄 또는 분지쇄 부탄올, 직쇄 또는 분지쇄 펜탄올, 직쇄 또는 분지쇄 헥산올, 직쇄 또는 분지쇄 헵탄올, 직쇄 또는 분지쇄 옥탄올, 직쇄 또는 분지쇄 노난올, 직쇄 또는 분지 쇄 데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 운데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 도데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 트리데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 테트라데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 펜타데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 헥사데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 헵타데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 옥타데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 노나데칸올, 직쇄 또는 분지쇄 아이코산올, 직쇄 또는 분지쇄 헨아이코산올, 직쇄 또는 분지쇄 트리코산올, 직쇄 또는 분지쇄 테트라코산올 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
다가 알콜로서는 통상적으로 2 내지 10가, 바람직하게는 2 내지 6가의 것이 사용된다. 2 내지 10의 다가 알콜로서는 구체적으로는, 예를 들면, 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜(에틸렌 글리콜의 3 내지 15량체), 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜(프로필렌 글리콜의 3 내지 15량체), 1,3-프로판디올, 1,2-프로판디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2-메틸-1,2-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,2-펜탄디올, 1,3-펜탄디올, 1,4-펜탄디올, 1,5-펜탄디올, 네오펜틸글리콜 등의 2가 알콜; 글리세린, 폴리글리세린(글리세린의 2 내지 8량체, 예를 들면, 디글리세린, 트리글리세린, 테트라글리세린 등), 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄 등) 및 이들의 2 내지 8량체, 펜타에리트리톨 및 이들의 2 내지 사량체, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 소르비톨, 소르비탄, 소르비톨 글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 크실리톨, 만니톨 등의 다가 알콜; 크실로스, 아라비노스, 리보스, 람노스, 글루코스, 프룩토스, 갈락토스, 만노스, 소르보스, 셀로비오스, 말토스, 이소말토스, 트레할로스, 슈크로스 등의 당류 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
이들 다가 알콜 중에서도 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜(에틸렌 글리콜의 3 내지 10량체), 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜(프로필렌 글리콜의 3 내지 10량체), 1,3-프로판디올, 2-메틸-1,2-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 네오펜틸 글리콜, 글리세린, 디글리세린, 트리글리세린, 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄 등) 및 이들의 2 내지 사량체, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 소르비톨, 소르비탄, 소르비톨 글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 크실리톨, 만니톨 등의 2 내지 6가 다가 알콜 및 이들의 혼합물 등이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 네오펜틸 글리콜, 글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 소르비탄 및 이들의 혼합물 등이다. 이들 중에서도 보다 높은 산화안정성이 수득되는 점으로부터 네오펜틸 글리콜, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 및 이들의 혼합물 등이 바람직하다.
본 발명에 따른 에스테르를 구성하는 알콜은 상기한 바와 같이 1가 알콜 또는 다가 알콜일 수 있지만, 절삭 및 연삭가공에서 보다 우수한 윤활성이 얻어지며 가공물의 가공면 정밀도의 향상과 공구 칼날의 마모 방지효과가 보다 커진 유동점이 낮은 것이 보다 얻기 쉬우며, 동계 및 한냉지에서 취급성이 보다 향상되는 등의 점에서 다가 알콜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 에스테르를 구성하는 산 중에서 1염기산으로서는, 통 상적으로 탄소수 2 내지 24의 지방산이 사용되며, 이러한 지방산은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화일 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 아세트산, 프로피온산, 직쇄 또는 분지쇄 부탄산, 직쇄 또는 분지쇄 펜탄산, 직쇄 또는 분지쇄 헥산산, 직쇄 또는 분지쇄 헵탄산, 직쇄 또는 분지쇄 옥탄산, 직쇄 또는 분지쇄 노난산, 직쇄 또는 분지쇄 데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 운데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 도데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 트리데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 테트라데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 펜타데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 헥사데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 헵타데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 옥타데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시옥타데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 노나데칸산, 직쇄 또는 분지쇄 아이코산산, 직쇄 또는 분지쇄 헨아이코산산, 직쇄 또는 분지쇄 도코산산, 직쇄 또는 분지쇄 트리코산산, 직쇄 또는 분지쇄 테트라코산산 등의 포화 지방산, 아크릴산, 직쇄 또는 분지쇄 부텐산, 직쇄 또는 분지쇄 펜텐산, 직쇄 또는 분지쇄 헥센산, 직쇄 또는 분지쇄 헵텐산, 직쇄 또는 분지쇄 옥텐산, 직쇄 또는 분지쇄 노넨산, 직쇄 또는 분지쇄 데센산, 직쇄 또는 분지쇄 운데센산, 직쇄 또는 분지쇄 도데센산, 직쇄 또는 분지쇄 트리데센산, 직쇄 또는 분지쇄 테트라데센산, 직쇄 또는 분지쇄 펜타데센산, 직쇄 또는 분지쇄 헥사데센산, 직쇄 또는 분지쇄 헵타데센산, 직쇄 또는 분지쇄 옥타데센산, 직쇄 또는 분지쇄 하이드록시옥타데센산, 직쇄 또는 분지쇄 노나데센산, 직쇄 또는 분지쇄 아이코센산, 직쇄 또는 분지쇄 헨아이코센산, 직쇄 또는 분지쇄 도코센산, 직쇄 또는 분지쇄 트리코센산, 직쇄 또는 분지쇄 테트라코센산 등의 불포화 지방산 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 절삭 및 연삭가공에서 보다 우수한 윤활 성이 얻어지며 가공물의 가공면 정밀도의 향상과 공구 칼날의 마모 방지효과를 보다 크게 할 수 있는 등의 점에서, 특히 탄소수 3 내지 20의 포화 지방산, 탄소수 3 내지 22의 불포화 지방산 및 이들의 혼합물이 바람직하며, 탄소수 4 내지 18의 포화 지방산, 탄소수 4 내지 18의 불포화 지방산 및 이들의 혼합물이 보다 바람직하며, 탄소수 4 내지 18의 불포화 지방산이 보다 바람직하며, 끈적거림 방지성의 점에서는 탄소수 4 내지 18의 포화 지방산이 더욱 바람직하다.
다염기산으로서는 탄소수 2 내지 16의 2염기산 및 트리멜리트산 등을 들 수 있다. 탄소수 2 내지 l6의 2염기산은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화일 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 에탄2산, 프로판2산, 직쇄 또는 분지쇄 부탄2산, 직쇄 또는 분지쇄 펜탄2산, 직쇄 또는 분지쇄 헥산2산, 직쇄 또는 분지쇄 헵탄2산, 직쇄 또는 분지쇄 옥탄2산, 직쇄 또는 분지쇄 노난2산, 직쇄 또는 분지쇄 데칸2산, 직쇄 또는 분지쇄 운데칸2산, 직쇄 또는 분지쇄 도데칸2산, 직쇄 또는 분지쇄 트리데칸2산, 직쇄 또는 분지쇄 테트라데칸2산, 직쇄 또는 분지쇄 헵타데칸2산, 직쇄 또는 분지쇄 헥사데칸2산, 직쇄 또는 분지쇄 헥센2산, 직쇄 또는 분지쇄 헵텐2산, 직쇄 또는 분지쇄 옥텐2산, 직쇄 또는 분지쇄 노넨2산, 직쇄 또는 분지쇄 데센2산, 직쇄 또는 분지쇄 운데센2산, 직쇄 또는 분지쇄 도데센2산, 직쇄 또는 분지쇄 트리데센2산, 직쇄 또는 분지쇄 테트라데센2산, 직쇄 또는 분지쇄 헵타데센2산, 직쇄 또는 분지쇄 헥사데센2산 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.
본 발명의 에스테르를 구성하는 산으로서는 상기한 바와 같이 1염기산 또는 다염기산일 수 있지만, 1염기산을 사용하면 점도 지수의 향상, 미스트성 및 끈적거림 방지성의 향상에 기여하는 에스테르가 수득되기가 용이하므로 바람직하다.
본 발명의 에스테르를 형성하는 알콜과 산의 조합은 임의적이며 특별히 제한되지 않지만 본 발명에서 사용할 수 있는 에스테르로서는, 예를 들면, 하기의 에스테르를 들 수 있다.
① 1가 알콜과 1염기산의 에스테르
② 다가 알콜과 1염기산의 에스테르
③ 1가 알콜과 다염기산의 에스테르
④ 다가 알콜과 다염기산의 에스테르
⑤ 1가 알콜과 다가 알콜의 혼합물과, 다염기산의 혼합 에스테르
⑥ 다가 알콜과, 1염기산과 다염기산의 혼합물의 혼합 에스테르
⑦ 1가 알콜과 다가 알콜의 혼합물과, 1염기산과 다염기산의 혼합 에스테르.
이들 중에서도 절삭 및 연삭가공에서 보다 우수한 윤활성이 얻어지며 가공물의 가공면 정밀도의 향상과 공구 칼날의 마모 방지효과가 보다 커진, 유동점이 낮은 것이 보다 얻기 쉬우며, 동계 및 한냉지에서 취급성이 보다 향상된, 점도 지수가 높은 것이 보다 얻기 쉬우며, 미스트성이 보다 바람직해지는 등의 점에서 ② 다가 알콜과 1염기산의 에스테르인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 천연물 유래의 에스테르로서는 팜유, 팜 핵유, 채종유, 대두유, 해바라기유 및 품종 개량이나 유전자 재조합 조작 등에 의해 글리세라이드를 구성하는 지방산에서 올레산의 함유량이 증가된 고 올레산 채종유, 고 올레산 해바라기유 등의 식물유, 돈지 등의 동물유 등의 천연유지를 들 수 있다.
본 발명에서 알콜 성분으로서 다가 알콜을 사용하는 경우에 수득되는 에스테르는 다가 알콜 중의 수산기 전체가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있으며 수산기의 일부가 에스테르화되지 않고 수산기 그대로 잔존하는 부분 에스테르일 수 있다. 또한, 산 성분으로서 다염기산을 사용하는 경우에 수득되는 유기산 에스테르는 다염기산 중의 카복실기 전체가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있거나 카복실기의 일부가 에스테르화되지 않고 카복실기 그대로 남아 있는 부분 에스테르일 수 있다.
본 발명에 따른 에스테르의 요오드가는 바람직하게는 0 내지 80, 보다 바람직하게는 0 내지 60, 더욱 바람직하게는 0 내지 40, 보다 더욱 바람직하게는 0 내지 20, 가장 바람직하게는 0 내지 10이다. 또한, 본 발명에 따른 에스테르의 브롬가는 바람직하게는 O 내지 50gBr2/100g, 보다 바람직하게는 0 내지 30gBr2/100g, 더욱 바람직하게는 O 내지 20gBr2/1OOg, 가장 바람직하게는 O 내지 10gBr2/10Og이다. 에스테르의 요오드가나 브롬가가 각각 상기한 범위내이면, 수득되는 유제의 끈적거림 방지성이 보다 높아지는 경향이 있다.
또한, 여기서 말하는 요오드가란 JIS K 0070 「화학제품의 산가, 비누화가, 에스테르가, 요오드가, 수산기가 및 불비누화가물의 측정방법」의 지시약 적정법에 의해 측정한 값을 말한다. 또한 브롬가란 JIS K 2605 「화학제품-브롬가 시험방법-전기 적정법」에 의해 측정한 값을 말한다.
또한, 본 발명의 유제에 보다 양호한 윤활 성능을 부여하기 위해서는 에스테르의 수산기가가 0.01 내지 300mgKOH/g이며, 비누화가가 100 내지 500mgKOH/g인 것이 바람직하다. 본 발명에서 보다 높은 윤활성을 얻기 위한 에스테르의 수산기가의 상한치는 보다 바람직하게는 200mgKOH/g이며, 가장 바람직하게는 150mgKOH/g이며, 한편 이의 하한치는 보다 바람직하게는 0.1mgKOH/g이며, 더욱 바람직하게는 0.5mgKOH/g이며, 더욱 바람직하게는 1mgKOH/g이며, 보다 더욱 바람직하게는 3mgKOH/g이며, 가장 바람직하게는 5mgKOH/g이다. 또한, 에스테르의 비누화가의 상한치는 보다 바람직하게는 400mgKOH/g이며, 한편 이의 하한치는 보다 바람직하게는 200mgKOH/g이다.
또한, 여기서 말하는 수산기가란 JIS K 0070 「화학제품의 산가, 비누화가, 에스테르가, 요오드가, 수산기가 및 불비누화가물의 측정방법」의 지시약 적정법에 의해 측정한 값을 말한다. 또한 비누화가란 JIS K 2503 「항공 윤활유 시험방법」의 지시약 적정법에 의해 측정한 값을 말한다.
본 발명에 따른 에스테르의 동점도(動粘度)에 관해서는 특별한 제한은 없지만, 가공 부위로의 공급용이성의 점에서, 40℃에서 동점도의 상한치는 바람직하게는 200mm2/s이며, 보다 바람직하게는 100mm2/s이며, 더욱 바람직하게는 75mm2/s이며, 가장 바람직하게는 50mm2/s이다. 한편, 이의 하한치는 바람직하게는 1mm2/s이며, 보다 바람직하게는 3mm2/s이며, 가장 바람직하게는 5mm2/s이다.
본 발명에 따른 에스테르의 유동점 및 점도 지수에는 특별한 제한은 없지만, 유동점은 -10℃ 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 -20℃ 이하이다. 점도 지수는 100 내지 200인 것이 바람직하다.
본 발명의 유제는 상기 에스테르만으로 이루어지는 것(즉, 에스테르 함유량이 100질량%인 것)일 수 있으며, 필요에 따라 다른 기본유나 첨가제가 배합된 것일 수 있다. 그러나, 박테리아 등의 미생물에 의한 유제 성분의 분해가 보다 용이하게 실시되어 주변 환경이 유지된다는 생분해성의 점에서 에스테르의 함유량은, 유제 전량 기준으로, 10질량% 이상인 것이 바람직하며, 20질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 30질량% 이상인 것이 더욱 바람직하며, 50질량% 이상인 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 유제는 에스테르를 함유하는 것이지만, 이의 성능을 현저하게 저하시키지 않을 정도로 윤활 유제용으로서 종래부터 공지된 기타 기본유를 사용할 수 있다.
본 발명의 유제가 함유하는 에스테르 이외의 기본유는 광유 또는 합성유일 수 있다. 광유로서는, 예를 들면, 원유를 상압 증류 및 감압 증류하여 수득된 윤활유 유분(留分)을 용제 탈력, 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈납, 접촉 탈납, 수소화 정제, 황산 세정, 백토 처리 등의 정제 처리를 적절하게 조합하여 정제한 파라핀계, 나프텐계 등의 오일을 들 수 있다. 또한 합성유로서는, 예를 들면, 폴리-α-올레핀(폴리부텐, 1-옥텐 올리고머, 1-데센 올리고머 등), 알킬벤젠, 알킬나프탈렌, 폴리옥시알킬렌 글리콜, 폴리페닐 에테르 등을 사용할 수 있다. 이들 기본유를 사용하는 경우에 배합량은 특별한 제한은 없지만, 조성물 전량 기준으로, 90 질량% 이하인 것이 바람직하며, 70질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 50질량% 이하인 것이 가장 바람직하다. 본 발명에서는 생분해성의 관점에서 기본유를 상기한 특성을 갖는 에스테르 성분만으로(100질량%) 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유제는 이의 절삭 성능, 마찰 특성을 향상시킬 수 있는 점으로부터 인 화합물 및/또는 황 화합물을 함유하는 것이 바람직하며, 이들 둘 다를 병용하여 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 에스테르를 기본유로 하는 윤활 유제에서는 인 화합물 및/또는 황 화합물은 이의 배합량이 소정량 이상이 아니면 이의 첨가효과를 기대할 수 없다고 생각되며, 한편 절삭·연삭가공용 유제의 경우 인 화합물 및/또는 황 화합물이 다량으로 함유되어 있는 경우, 당해 공구 수명을 현저하게 저하시킨다고 생각되므로, 에스테르를 기본유로 하는 절삭·연삭가공용 유제에 인 화합물 및/또는 황 화합물은 첨가할 수 없다고 종래부터 생각되어 왔다.
그러나, 이러한 종래의 일반적인 사고방식에 반하여 본 발명의 유제에서는 에스테르와 인 화합물 및/또는 황 화합물 모두를 함유해도 공구 수명의 저하가 작으며, 또한 이의 절삭 성능, 마찰 특성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 인 화합물로서는 구체적으로는, 예를 들면, 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르의 아민염, 염소화 인산 에스테르, 아인산 에스테르 및 포스포로티오네이트 등을 들 수 있다. 이들 인 화합물로는 인산, 아인산 또는 티오인산과 알칸올, 폴리에테르형 알콜과의 에스테르 또는 이의 유도체를 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 인산 에스테르로서는 트리부틸 포스페이트, 트리펜틸 포스페이트, 트리헥실 포스페이트, 트리헵틸 포스페이트, 트리옥틸 포스페이트, 트리노닐 포스페이트, 트리데실 포스페이트, 트리운데실 포스페이트, 트리도데실 포스페이트, 트리트리데실 포스페이트, 트리테트라데실 포스페이트, 트리펜타데실 포스페이트, 트리헥사데실 포스페이트, 트리헵타데실 포스페이트, 트리옥타데실 포스페이트, 트리올레일 포스페이트, 트리페닐 포스페이트, 트리크레질 포스페이트, 트리크실레닐 포스페이트, 크레질디페닐 포스페이트, 크실레닐디페닐 포스페이트 등;
산성 인산 에스테르로서는 모노부틸산 포스페이트, 모노펜틸산 포스페이트, 모노헥실산 포스페이트, 모노헵틸산 포스페이트, 모노옥틸산 포스페이트, 모노노닐산 포스페이트, 모노데실산 포스페이트, 모노운데실산 포스페이트, 모노도데실산 포스페이트, 모노트리데실산 포스페이트, 모노테트라데실산 포스페이트, 모노펜타데실산 포스페이트, 모노헥사데실산 포스페이트, 모노헵타데실산 포스페이트, 모노옥타데실산 포스페이트, 모노올레일산 포스페이트, 디부틸산 포스페이트, 디펜틸산 포스페이트, 디헥실산 포스페이트, 디헵틸산 포스페이트, 디옥틸산 포스페이트, 디노닐산 포스페이트, 디데실산 포스페이트, 디운데실산 포스페이트, 디도데실산 포스페이트, 디트리데실산 포스페이트, 디테트라데실산 포스페이트, 디펜타데실산 포스페이트, 디헥사데실산 포스페이트, 디헵타데실산 포스페이트, 디옥타데실산 포스페이트, 디올레일산 포스페이트 등;
산성 인산 에스테르의 아민염으로서는 상기 산성 인산 에스테르의 메틸아민, 에틸아민, 프로필아민, 부틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 디메 틸아민, 디에틸아민, 디프로필아민, 디부틸아민, 디펜틸아민, 디헥실아민, 디헵틸아민, 디옥틸아민, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민, 트리펜틸아민, 트리헥실아민, 트리헵틸아민, 트리옥틸아민 등의 아민과의 염 등;
염소화 인산 에스테르로서는 트리스·디클로로프로필포스페이트, 트리스·클로로에틸 포스페이트, 트리스·클로로페닐 포스페이트, 폴리옥시알킬렌·비스[디(클로로알킬)]포스페이트 등;
아인산 에스테르로서는 디부틸 포스파이트, 디펜틸 포스파이트, 디헥실 포스파이트, 디헵틸 포스파이트, 디옥틸 포스파이트, 디노닐 포스파이트, 디데실 포스파이트, 디운데실 포스파이트, 디도데실 포스파이트, 디올레일 포스파이트, 디페닐 포스파이트, 디크레질포스파이트, 트리부틸 포스파이트, 트리펜틸 포스파이트, 트리헥실 포스파이트, 트리헵틸 포스파이트, 트리옥틸 포스파이트, 트리노닐 포스파이트, 트리데실 포스파이트, 트리운데실 포스파이트, 트리도데실 포스파이트, 트리올레일 포스파이트, 트리페닐 포스파이트, 트리크레질 포스파이트 등;
포스포로티오네이트로서는 트리부틸 포스포로티오네이트, 트리펜틸 포스포로티오네이트, 트리헥실 포스포로티오네이트, 트리헵틸 포스포로티오네이트, 트리옥틸 포스포로티오네이트, 트리노닐 포스포로티오네이트, 트리데실 포스포로티오네이트, 트리운데실 포스포로티오네이트, 트리도데실 포스포로티오네이트, 트리트리데실 포스포로티오네이트, 트리테트라데실 포스포로티오네이트, 트리펜타데실 포스포로티오네이트, 트리헥사데실 포스포로티오네이트, 트리헵타데실 포스포로티오네이트, 트리옥타데실 포스포로티오네이트, 트리올레일 포스포로티오네이트, 트리페닐 포스포로티오네이트, 트리크레질 포스포로티오네이트, 트리크실레닐 포스포로티오네이트, 크레질디페닐 포스포로티오네이트, 크실레닐디페닐 포스포로티오네이트, 트리스(n-프로필페닐)포스포로티오네이트, 트리스(이소프로필페닐)포스포로티오네이트, 트리스(n-부틸 페닐)포스포로티오네이트, 트리스(이소부틸 페닐)포스포로티오네이트, 트리스(s-부틸 페닐)포스포로티오네이트, 트리스(t-부틸 페닐)포스포로티오네이트 등을 들 수 있다. 또한, 이들 2종류 이상의 혼합물도 사용할 수 있다.
본 발명에서는 인 화합물 중에서도 절삭 성능, 마찰 특성이 보다 높은 점으로부터 인산 에스테르, 산성 인산 에스테르 및 아인산 에스테르가 바람직하며, 트리아릴 포스페이트, 디알킬산 포스페이트, 디알킬 포스파이트가 보다 바람직하다.
이들 인 화합물을 본 발명의 유제에 배합하는 경우, 이의 배합량은 특별히 제한되지 않지만, 절삭 성능, 마찰 특성의 향상효과의 점에서, 유제 전량 기준(기본유와 전체 배합 첨가제의 합계량 기준)으로, 이의 함유량이 0.001질량% 이상인 것이 바람직하며, 0.005질량% 이상인 것이 보다 바람직하며, 0.01질량% 이상인 것이 보다 더욱 바람직하다. 또한, 공구 수명의 점에서 5질량% 이하인 것이 바람직하며, 3질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 황 화합물로서는 구체적으로는, 예를 들면, 디하이드로카빌 폴리설파이드, 황화에스테르, 황화광유, 디티오인산아연 화합물, 디티오카바민산아연 화합물, 디티오인산몰리브덴 화합물 및 디티오카바민산몰리브덴 등을 들 수 있다.
디하이드로카빌 폴리설파이드란 일반적으로 폴리설파이드 또는 황화 올레핀 이라고 호칭되는 황계 화합물이며, 구체적으로는 화학식 1의 화합물을 의미한다.
R10-Sx-R11
위의 화학식 1에서,
R10 및 R11은 동일하거나 상이할 수 있으며 각각 탄소수 3 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 탄소수 6 내지 20의 아릴기, 탄소수 6 내지 20의 알킬아릴기 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴알킬기이며,
x는 2 내지 6, 바람직하게는 2 내지 5의 정수이다.
화학식 1 중의 R10 및 R11로서는 구체적으로는 n-프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, 2급-부틸기, 3급-부틸기, 직쇄 또는 분지쇄 펜틸기, 직쇄 또는 분지쇄 헥실기, 직쇄 또는 분지쇄 헵틸기, 직쇄 또는 분지쇄 옥틸기, 직쇄 또는 분지쇄 노닐기, 직쇄 또는 분지쇄 데실기, 직쇄 또는 분지쇄 운데실기, 직쇄 또는 분지쇄 도데실기, 직쇄 또는 분지쇄 트리데실기, 직쇄 또는 분지쇄 테트라데실기, 직쇄 또는 분지쇄 펜타데실기, 직쇄 또는 분지쇄 헥사데실기, 직쇄 또는 분지쇄 헵타데실기, 직쇄 또는 분지쇄 옥타데실기, 직쇄 또는 분지쇄 노나데실기, 직쇄 또는 분지쇄 아이코실기 등의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기; 페닐기, 나프틸기 등의 아릴기; 톨릴기(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 프로필 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분 지쇄 부틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 펜틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 헥실 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 헵틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 옥틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 노닐페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 데실 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 운데실 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 도데실 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 크실릴기(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸메틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 디에틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)프로필 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)부틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 메틸 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 프로필 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 직쇄 또는 분지쇄 부틸 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 디메틸 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸메틸 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 디에틸 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)프로필 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다), 디(직쇄 또는 분지쇄)부틸 나프틸기(모든 구조 이성체를 포함한다) 등의 알킬아릴기; 벤질기, 페닐 에틸기(모든 이성체를 포함한다), 페닐 프로필기(모든 이성체를 포함한다) 등의 아릴알킬기 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 화학식 1 중의 R10 및 R11로서는 프로필렌, 1-부텐 또는 이소부틸렌으로부터 유도된 탄소수 3 내지 18의 알킬기, 또는 탄소수 6 내지 8의 아릴기, 알킬아릴기 또는 아릴알킬기인 것이 바람직하며, 이들 기로서는, 예를 들면, 이소프로필기, 프로필렌 이량체로부터 유도되는 분지쇄상 헥실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 삼량체로부터 유도되는 분지쇄상 노닐기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 사량체로부터 유도되는 분지쇄상 도데실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 오량체로부터 유도되는 분지쇄상 펜타데실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 프로필렌 육량체로부터 유도되는 분지쇄상 옥타데실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 2급-부틸기, 3급-부틸기, 1-부텐 이량체로부터 유도되는 분지쇄상 옥틸기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 이소부틸렌 이량체로부터 유도되는 분지쇄상 옥틸기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), l-부텐 삼량체로부터 유도되는 분지쇄상 도데실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 이소부틸렌 삼량체로부터 유도되는 분지쇄상 도데실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 1-부텐 사량체로부터 유도되는 분지쇄상 헥사데실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다), 이소부틸렌 사량체로부터 유도되는 분지쇄상 헥사데실기(모든 분지쇄상 이성체를 포함한다) 등의 알킬기; 페닐기, 톨릴기(모든 구조 이성체를 포함한다), 에틸 페닐기(모든 구조 이성체를 포함한다), 크실릴기(모든 구조 이성체를 포함한다) 등의 알킬아릴기; 벤질기, 페닐에틸기(모든 이성체를 포함한다) 등의 아릴알킬기를 들 수 있다.
또한, 화학식 1 중의 R10 및 R11로서는 이의 절삭 성능의 점에서 개별적으로 에틸렌 또는 프로필렌으로부터 유도되는 탄소수 3 내지 18의 분지쇄상 알킬기인 것이 보다 바람직하며, 에틸렌 또는 프로필렌으로부터 유도된 탄소수 6 내지 15의 분 지쇄상 알킬기인 것이 특히 바람직하다.
황화 에스테르로서는 구체적으로는, 예를 들면, 우지, 돈지, 어유, 채종유, 대두유 등의 동식물 유지; 불포화 지방산(올레산, 리놀산 또는 상기 동식물 유지로부터 추출된 지방산류 등을 포함한다)과 각종 알콜을 반응시켜 수득되는 불포화 지방산 에스테르; 및 이들의 혼합물 등을 임의의 방법으로 황화시켜 수득되는 것을 들 수 있다.
황화 광유란 광유에 단체(單體) 황을 용해시킨 것을 말한다. 여기서, 본 발명에 따른 황화 광유에 사용되는 광유로서는 특별히 제한되지 않지만, 구체적으로는 원유에 상압 증류 및 감압 증류를 실시하여 수득되는 윤활유 유분을 용제 탈력, 용제 추출, 수소화 분해, 용제 탈납, 접촉 탈납, 수소화 정제, 황산 세정, 백토 처리 등의 정제 처리를 적절하게 조합하여 정제한 파라핀계 광유, 나프텐계 광유 등을 들 수 있다. 또한, 단체 황으로서는 괴상, 분말상, 용융 액체상 등의 어떤 형태의 것을 사용해도 양호하지만, 분말상 또는 용융 액체상의 단체 황을 사용하면 기본유에서의 용해를 효율적으로 실시할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 용융 액체상의 단체 황은 액체끼리 혼합하므로 용해작업을 대단히 단시간에 실시할 수 있다는 이점을 갖고 있지만, 단체 황의 융점 이상에서 취급하지 않으면 안되며 가열설비 등 특별한 장치를 필요로 하거나 고온 대기 하에서 취급하게 되므로 위험을 수반하는 등의 취급이 반드시 용이하지는 않다. 이에 대하여 분말상 단체 황은 저렴하고 취급이 용이하며, 또한 용해에 필요한 시간이 충분하게 짧으므로 특히 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 황화 광유에서 황 함유량은 특별한 제한은 없지만, 통상적으로, 황화 광유 전량을 기준으로 하여, 바람직하게는 0.05 내지 1.0질량%이며, 보다 바람직하게는 0.1 내지 0.5질량%이다.
디티오인산아연 화합물, 디티오카바민산아연 화합물, 디티오인산몰리브덴 화합물 및 디티오카바민산몰리브덴 화합물은 각각 하기 화학식 2 내지 5의 화합물을 의미한다.
Figure 112008078017207-PAT00001
Figure 112008078017207-PAT00002
Figure 112008078017207-PAT00003
Figure 112008078017207-PAT00004
위의 화학식 2 내지 5에서,
R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25, R26 및 R27은 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 탄소수 1 이상의 탄화수소기이며,
X는 산소원자 또는 황원자이다.
여기서, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23, R24, R25, R26 및 R27의 탄화수소기의 구체적인 예를 예시하면, 메틸기, 에틸기, 프로필기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 부틸기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 펜틸기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헥실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헵틸기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 옥틸기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 노닐기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 운데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 도데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 트리데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 테트라데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 펜타데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헥사데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헵타데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 옥타데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 노나데실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 아이코실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 헨아이코실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 도코실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 트리코실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 테트라코실기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다) 등의 알킬기; 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로헵틸기 등의 사이클로알킬기; 메틸 사이클로펜틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸 사이클로펜틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸 사이클로펜틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필 사이클로펜틸 기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸 사이클로펜틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸 사이클로펜틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸 사이클로펜틸기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필 사이클로펜틸기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 디에틸 사이클로펜틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸 사이클로펜틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 메틸 사이클로헥실기(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸 사이클로헥실기(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸 사이클로헥실기(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필 사이클로헥실기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸 사이클로헥실기(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸 사이클로헥실기(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸 사이클로헥실기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필 사이클로헥실기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 디에틸 사이클로헥실기(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸 사이클로헥실기(모든 치환 이성체를 포함한다), 메틸 사이클로헵틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸 사이클로헵틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸 사이클로헵틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필 사이클로헵틸기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸 사이클로헵틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸 사이클로헵틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸 사이클로헵틸기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필 사이클로헵틸기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 디에틸 사이클로헵틸기(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸 사이클로헵틸기(모든 치환 이성체를 포함한다) 등의 알킬사이클로알킬기; 페닐기, 나프틸기 등의 아릴기; 톨릴기(모든 치환 이성체를 포함한다), 크실릴기(모든 치환 이성체를 포함한다), 에틸 페닐기(모든 치환 이성체를 포함한다), 프로필 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸에틸 페닐기(모든 치환 이성체를 포함한다), 트리메틸 페닐기(모든 치환 이성체를 포함한다), 부틸 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 메틸프로필 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 디에틸 페닐기(모든 치환 이성체를 포함한다), 디메틸에틸 페닐기(모든 치환 이성체를 포함한다), 펜틸 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헥실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헵틸 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 옥틸 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 노닐페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 운데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 도데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 트리데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 테트라데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 펜타데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헥사데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 헵타데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다), 옥타데실 페닐기(모든 분지쇄 이성체, 치환 이성체를 포함한다) 등의 알킬아릴기; 벤질기, 페네틸기, 페닐 프로필기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다), 페닐 부틸기(모든 분지쇄 이성체를 포함한다) 등의 아릴알킬기 등을 들 수 있 다.
본 발명에서는 황 화합물 중에서도 디하이드로카빌 폴리설파이드 및 황화 에스테르로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상을 사용하면, 보다 높은 절삭 성능, 마찰 특성이 얻어지므로 바람직하다.
이들 황 화합물을 본 발명의 유제 조성물에 배합하는 경우, 이의 배합량은 특별히 제한되지 않지만, 절삭 성능, 마찰 특성의 향상 효과의 점에서, 유제 전량 기준(기본유와 전체 배합 첨가제의 합계량 기준)으로, 이의 함유량이 O.01질량% 이상인 것이 바람직하며, 0.05질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 공구 수명의 점에서 10질량% 이하인 것이 바람직하며, 5질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 유제 조성물은 산화방지제를 함유하는 것이 바람직하다. 산화방지제의 첨가에 의해 유제 변질에 의한 끈적거림을 억제할 수 있다. 사용할 수 있는 산화방지제로서는 윤활제용으로서 또는 식품첨가물로서 사용되고 있는 것이 포함되며, 예를 들면, 2,6-디-3급-부틸-p-크레졸(DBPC), 4,4'-메틸렌비스(2,6-디-3급-부틸페놀), 4,4'-비스(2,6-디-3급-부틸페놀), 4,4'-티오비스(6-3급-부틸-o-크레졸), 아스코르브산(비타민 C), 아스코르브산의 지방산 에스테르, 토코페롤(비타민 E), 3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 2-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 3-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 1,2-디하이드로-6-에톡시-2,2,4-트리메틸퀴놀린(에톡시킨), 2-(1,1-디메틸)-1,4-벤젠디올(TBHQ), 2,4,5-트리하이드록시부티로페논(THBP)을 들 수 있다.
이들 산화방지제 중에서도 아스코르브산(비타민 C), 아스코르브산의 지방산 에스테르, 토코페롤(비타민 E), 2,6-디-3급-부틸-p-크레졸(DBPC), 3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 2-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 3-3급-부틸-4-하이드록시아니솔, 1,2-디하이드로-6-에톡시-2,2,4-트리메틸퀴놀린(에톡시킨), 2-(1,1-디메틸)-1,4-벤젠디올(TBHQ) 또는 2,4,5-트리하이드록시부티로페논(THBP)이 바람직하며, 아스코르브산(비타민 C), 아스코르브산의 지방산 에스테르, 토코페롤(비타민 E), 2,6-디-3급-부틸-p-크레졸(DBPC) 또는 3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시아니솔이 보다 바람직하다.
산화방지제의 함유량은 특별한 제한은 없지만, 양호한 산화안정성을 유지시키기 위해 이의 함유량은, 유제 전량 기준으로, 0.01질량% 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상, 가장 바람직하게는 0.1질량% 이상이다. 한편 그 이상 첨가해도 효과의 향상을 기대할 수 없는 점으로부터 이의 함유량은 10질량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5질량% 이하이며, 가장 바람직하게는 3질량% 이하이다.
본 발명의 유제는 절삭 성능 등의 윤활성을 향상시키는 점에서 유성제(油性劑)를 함유하는 것이 바람직하다.
유성제로서는 (A)알콜, (B)카복실산, (C)불포화 카복실산의 황화물, (D)화학식 6의 화합물, (E)화학식 7의 화합물, (F)폴리옥시알킬렌 화합물 및 (G)에스테르 등을 들 수 있다. 이하, 이들 유성제에 관해서 설명한다.
Figure 112008078017207-PAT00005
위의 화학식 6에서,
R1은 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기이며,
m1은 1 내지 6의 정수이며,
n1은 0 내지 5의 정수이다.
Figure 112008078017207-PAT00006
위의 화학식 7에서,
R2는 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기이며,
m2는 1 내지 6의 정수이며,
n2는 O 내지 5의 정수이다.
(A) 알콜은 1가 알콜 또는 다가 알콜일 수 있다. 보다 높은 윤활 성능이 얻어지며 우수한 가공성이 수득되는 점에서 탄소수 1 내지 40의 1가 알콜이 바람직하며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 내지 25의 알콜이며, 가장 바람직하게는 탄소수 8 내지 18의 알콜이다. 구체적으로는 상기 기본유의 에스테르를 구성하는 알콜의 예 를 들 수 있다. 이들 알콜은 직쇄 또는 분지쇄일 수 있으며, 또한 포화 또는 불포화일 수 있지만 끈적거림 방지성의 점에서 포화 알콜인 것이 바람직하다.
(B) 카복실산은 1염기산 또는 다염기산일 수 있다. 보다 높은 윤활 성능이 얻어지며 우수한 가공성이 수득되는 점에서 탄소수 1 내지 40의 1가 카복실산이 바람직하며, 보다 바람직하게는 탄소수 5 내지 25의 카복실산이며, 가장 바람직하게는 탄소수 5 내지 20의 카복실산이다. 구체적으로는 상기 기본유로서 에스테르를 구성하는 카복실산의 예를 들 수 있다. 이들 카복실산은 직쇄 또는 분지쇄상일 수 있으며, 포화 또는 불포화일 수 있지만 끈적거림 방지성의 점에서 포화 카복실산인 것이 바람직하다.
(C) 불포화 카복실산의 황화물로서는, 예를 들면, 상기(B)의 카복실산 중에서 불포화인 것의 황화물을 들 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 올레산의 황화물을 들 수 있다.
(D) 화학식 6의 화합물에서, R1의 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기의 예로서는, 예를 들면, 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 탄소수 5 내지 7의 사이클로알킬기, 탄소수 6 내지 30의 알킬사이클로알킬기, 탄소수 2 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐기, 탄소수 6 내지 10의 아릴기, 탄소수 7 내지 30의 알킬아릴기 및 탄소수 7 내지 30의 아릴알킬기를 들 수 있다. 이들 중에서는 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 탄소수 1 내지 20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이며, 더욱 바람직하게는 탄소수 1 내지 10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이며, 가장 바람직하게는 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분 지쇄 알킬기이다. 탄소수 1 내지 4의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기의 예로서는 메틸기, 에틸기, 직쇄 또는 분지쇄 프로필기 및 직쇄 또는 분지쇄 부틸기를 들 수 있다.
수산기의 치환 위치는 임의적이지만, 2개 이상의 수산기를 갖는 경우에는 인접하는 탄소원자에 치환되어 있는 것이 바람직하다. m1은 바람직하게는 1 내지 3의 정수이며, 더욱 바람직하게는 2이다. n1은 바람직하게는 0 내지 3의 정수이며, 보다 바람직하게는 1 또는 2이다. 화학식 6의 화합물의 예로서는 p-3급-부틸카테콜을 들 수 있다.
(E) 화학식 7의 화합물에서 R2의 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기의 예로서는 상기 화학식 6 중의 R1의 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기의 예와 동일한 것을 들 수 있으며, 또한 바람직한 것의 예도 동일하다. 수산기의 치환 위치는 임의적이지만, 2개 이상의 수산기를 갖는 경우에는 인접하는 탄소원자에 치환되어 있는 것이 바람직하다. m2는 바람직하게는 1 내지 3의 정수이며, 보다 바람직하게는 2이다. n2는 바람직하게는 0 내지 3의 정수이며, 보다 바람직하게는 1 또는 2이다. 화학식 2의 화합물의 예로서는 2,2-디하이드록시나프탈렌, 2,3-디하이드록시나프탈렌을 들 수 있다.
(F) 폴리옥시알킬렌 화합물로서는, 예를 들면, 화학식 8 또는 9의 화합물을 들 수 있다.
R30-(R4O)m3-R5
위의 화학식 8에서,
R3 및 R5는 각각 독립적으로 수소원자 또는 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기이며,
R4는 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기이며,
m3은 수 평균 분자량이 100 내지 3500으로 되도록 하는 정수이다.
A-[(R6O)n4-R7]m4
위의 화학식 9에서,
A는 수산기를 3 내지 10개 갖는 다가 알콜의 수산기의 수소원자의 일부 또는 모두를 제거한 잔기이며,
R6은 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기이며,
R7은 수소원자 또는 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기이며,
n4는 수 평균 분자량이 100 내지 3500으로 되도록 하는 정수이며,
m4는 A의 수산기로부터 제거된 수소원자의 개수와 동일한 수이다.
상기 화학식 8 중에서 R3 및 R5 중 적어도 한쪽은 수소원자인 것이 바람직하다. R3 및 R5의 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기로서는, 예를 들면, 상기 화학식 6의 R1 및 R3의 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기의 예와 동일한 것을 들 수 있으며, 또한 바람직한 것의 예도 동일하다. R4의 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기로서는 구체적으로는, 예를 들면, 에틸렌기, 프로필렌기(메틸에틸렌기) 및 부틸렌기(에틸에틸렌기)를 들 수 있다. m3은 바람직하게는 수 평균 분자량이 300 내지 2000으로 되도록 하는 정수이며, 보다 바람직하게는 수 평균 분자량이 500 내지 1500으로 되도록 하는 정수이다.
또한, 상기 화학식 9 중에서 A를 구성하는 3 내지 10개의 수산기를 갖는 다가 알콜의 구체적인 예로서는 글리세린, 폴리글리세린(글리세린의 2 내지 사량체, 예를 들면, 디글리세린, 트리글리세린, 테트라글리세린), 트리메틸올알칸(트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 트리메틸올부탄) 및 이들의 2 내지 사량체, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 1,2,4-부탄트리올, 1,3,5-펜탄트리올, 1,2,6-헥산트리올, 1,2,3,4-부탄테트롤, 소르비톨, 소르비탄, 소르비톨 글리세린 축합물, 아도니톨, 아라비톨, 크실리톨, 만니톨, 이지리톨, 타리톨, 즈르시톨, 아리톨 등의 다가 알콜; 크실로스, 아라비노스, 리보스, 람노스, 글루코스, 프룩토스, 갈락토스, 만노스, 소르보스, 셀로비오스, 만토스, 이소만토스, 트레할로스 및 슈크로스 등의 당류를 들 수 있다. 이들 중에서도 글리세린, 폴리글리세린, 트리메틸올알칸 및 이 들의 2 내지 사량체, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨, 소르비톨 또는 소르비탄이 바람직하다.
R6의 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기의 예로서는 상기 화학식 8의 R4의 탄소수 2 내지 4의 알킬렌기의 예와 동일한 것을 들 수 있다. 또한 R7의 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기의 예로서는 상기 화학식 1의 R1의 탄소수 1 내지 30의 탄화수소기의 예와 동일한 것을 들 수 있으며, 또한 바람직한 것의 예도 동일하다. m4개의 R7 중 하나 이상이 수소원자인 것이 바람직하며, 모두 수소원자인 것이 보다 바람직하다. n4는 바람직하게는 수 평균 분자량이 300 내지 2000으로 되도록 하는 정수이며, 보다 바람직하게는 수 평균 분자량이 500 내지 1500으로 되도록 하는 정수이다.
(G) 에스테르로서는 이것을 구성하는 알콜이 1가 알콜 또는 다가 알콜일 수 있으며, 또한 카복실산은 1염기산 또는 다염기산일 수 있다.
에스테르를 구성하는 1가 알콜 및 다가 알콜의 예로서는, 기본유로서의 에스테르의 설명에서 예시한 1가 알콜 및 다가 알콜과 동일한 것을 들 수 있다. 보다 바람직한 것에 대해서도 동일하다. 또한 에스테르를 구성하는 1염기산 및 다염기산의 예도 상기 기본유로서의 에스테르의 설명에서 예시한 1염기산 및 다염기산과 동일한 것을 들 수 있다. 보다 바람직한 것에 대해서도 동일하다.
또한, 알콜과 카복실산의 조합으로서는 임의의 조합이 가능하고, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면, 하기의 조합을 들 수 있다.
① 1가 알콜과 1염기산의 에스테르
② 다가 알콜과 1염기산의 에스테르
③ 1가 알콜과 다염기산의 에스테르
④ 다가 알콜과 다염기산의 에스테르
⑤ 1가 알콜과 다가 알콜의 혼합물과, 다염기산의 혼합 에스테르
⑥ 다가 알콜과, 1염기산과 다염기산의 혼합물의 혼합 에스테르
⑦ 1가 알콜과 다가 알콜의 혼합물과, 1염기산과 다염기산의 혼합 에스테르
또한, 알콜 성분으로서 다가 알콜을 사용하는 경우, 다가 알콜 중의 수산기 모두가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있으며, 또는 수산기의 일부가 에스테르화되지 않고 수산기 그대로 잔류되어 있는 부분 에스테르일 수 있다. 또한, 카복실산 성분으로서 다염기산을 사용하는 경우, 다염기산 중의 카복실기 모두가 에스테르화된 완전 에스테르일 수 있으며, 또는 카복실기의 일부가 에스테르화되지 않고 카복실기 그대로 남아 있는 부분 에스테르일 수 있다.
유성제로서의 에스테르의 합계 탄소수는 특별한 제한은 없지만, 윤활성 및 가공성의 향상효과를 얻기 위해, 합계 탄소수가 7 이상인 에스테르가 바람직하며, 9 이상인 에스테르가 보다 바람직하며, 11 이상의 에스테르가 가장 바람직하다. 또한 녹(stain)이나 부식의 발생을 증대시키지 않기 위해, 합계 탄소수가 60 이하인 에스테르가 바람직하며, 45 이하의 에스테르가 보다 바람직하며, 26 이하의 에스테르가 더욱 바람직하며, 24 이하의 에스테르가 한층 바람직하며, 22 이하의 에스테르가 가장 바람직하다.
유성제로서는 위의 각종 유성제 중에서 선택된 1종류만을 사용하거나, 2종류 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 이들 중에서도 (A) 알콜 및 (B) 카복실산 중에서 선택된 1종류 이상의 혼합물인 것이 바람직하다.
유성제의 함유량은 특별한 제한은 없지만, 높은 절삭성 등의 윤활성을 얻기 위해, 유제 전량 기준으로, O.1질량% 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.2질량% 이상, 가장 바람직하게는 0.5질량% 이상이다. 또한 녹이나 부식의 발생을 증대시키지 않기 위해, 유제의 함유량의 상한치는 30질량% 이하인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 20질량% 이하, 더욱 바람직하게는 10질량% 이하이다.
또한, 본 발명의 유제는 상기 이외에 종래부터 공지된 첨가제를 함유할 수 있다. 이러한 첨가제로서는, 예를 들면, 상기한 인 화합물, 황 화합물 이외에 극압 첨가제(염소계 극압제를 포함한다); 디에틸렌 글리콜 모노알킬에테르 등의 습윤제; 아크릴 중합체, 파라핀 왁스, 마이크로 왁스, 스락 왁스, 폴리올레핀 왁스 등의 조막제; 지방산 아민염 등의 수(水) 치환제; 흑연, 플루오르화흑연, 이황화몰리브덴, 질화붕소, 폴리에틸렌 분말 등의 고체 윤활제; 아민, 알칸올아민, 아미드, 카복실산, 카복실산염, 설폰산염, 인산, 인산염, 다가 알콜의 부분 에스테르 등의 부식방지제; 벤조트리아졸, 티아디아졸 등의 금속 불활성화제; 메틸실리콘, 플루오로실리콘, 폴리아크릴레이트 등의 소포제 ; 알케닐석신산 이미드, 벤질 아민, 폴리알케닐아민 아미노아미드 등의 무회(無灰) 분산제 등을 들 수 있다. 이들 공지된 첨가제를 병용하는 경우의 함유량은 특별히 제한되지 않지만, 이들 공지된 첨가제의 합계 함유량이, 유제 전량 기준으로, 0.1 내지 10질량%로 되도록 하는 양으로 첨가하는 것이 일반적이다.
본 발명의 유제의 동점도에 관해서는 특별한 제한은 없지만, 가공 부위로의 공급 용이성의 점에서, 40℃에서의 동점도의 상한치는 200mm2/s인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10Omm2/s이며, 더욱 바람직하게는 75mm2/s이며, 가장 바람직하게는 50mm2/s이다. 한편, 이의 하한치는 1mm2/s인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3mm2/s이며, 가장 바람직하게는 5mm2/s이다.
상기한 구성을 갖는 본 발명의 유제는 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 유제 및 접동면용 유제 둘다에 사용할 수 있는 것이며, 겸용유로서 사용함으로써 공작기계의 공간 절약화, 에너지 절감에 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 유제는 베어링 부분, 유압 기기, 기어 부분의 윤활 유제로서도 사용할 수 있으며, 이들 각 부위에서의 윤활 유제를 하나의 유제를 겸용유로 하여 사용할 수 있다.
베어링 부분의 윤활에는 유제 베어링 윤활과 미스트 베어링 윤활 등의 윤활방법이 있지만, 본 발명의 유제 조성물은 이의 어느 쪽에도 사용할 수 있다.
유제 베어링 윤활이란, 윤활유를 액체 그대로 베어링부에 공급하여 당해 부분의 원활한 접동을 도모하는 윤활방식을 의미하며 윤활유에 의한 베어링부의 냉각 등도 기대할 수 있다. 이러한 베어링 윤활용 윤활 유제로서는 베어링 접동 부분에서 윤활성(내마모성, 내소성성 등)이 높아야하며, 또한 보다 고온부에서 사용되는 점으로부터 가열에 의한 열화가 일어나기 어려우며, 요컨대 내열성이 우수한 것이 요구되지만 본 발명의 유제 조성물은 이러한 유제 베어링 윤활에도 사용할 수 있다.
미스트 베어링 윤활이란 윤활유를 미스트 발생장치에 의해 안개 상태로 하고 공기 등에 의해 그 안개 상태의 기름을 베어링부에 공급하여 당해 부분의 원활한 접동을 도모하는 윤활방식을 의미하며, 베어링부 등의 고온부에서는 공기 등에 의한 냉각효과를 기대할 수 있는 점으로부터 최근의 공작기계에서는 이러한 윤활방식을 채용하는 예가 많다. 이러한 미스트 윤활용 윤활 유제로서는 베어링 접동 부분에서 윤활성(내마모성, 내소성성 등)이 높아야 하며, 또한 보다 고온부에서 사용되는 점으로부터 가열에 의한 열화가 일어나기 어려운, 요컨대 내열성이 우수한 것이 요구되지만 본 발명의 유제 조성물은 이러한 미스트 베어링 윤활에도 사용할 수 있다.
유압 기기는 유압으로 기계의 동작, 제어를 수행하는 것이며 기계류의 동작을 담당하는 유압 제어 부분에서는 윤활, 밀봉, 냉각효과가 기대되는 유압 작동유가 사용된다. 유압 작동유는 윤활유를 펌프로 고압으로 압축하며 유압을 발생시켜 기기를 움직이므로 윤활유에 높은 윤활성(내마모성, 내소성성)과 높은 산화안정성, 열 안정성이 요구되지만 본 발명의 유제 조성물은 이러한 유압 작동유에도 사용할 수 있다. 본 발명의 유제 조성물을 유압 작동유 겸용유로서 사용하는 경우에는 이의 윤활성을 보다 향상시키기 위해 상기한 인 화합물 및/또는 황 화합물을 함유시키는 것이 바람직하다.
기어 부분이란 주로 치절반 등에 설치된 기어로 구동하는 부분이며 당해 부분의 원활한 접동을 도모하며 금속-금속간 접촉을 완화하기 위해 기어유가 사용된다. 기어의 접동면에는 고하중이 가해지므로 기어유에는 높은 내마모성, 높은 소부성 등의 윤활성이 요구된다. 본 발명의 유제는 이러한 기어유로서도 사용할 수 있는 것이지만 기어유 겸용유로서 사용하는 경우에는 상기한 인 화합물 및/또는 황 화합물을 함유시키는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에 관해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에서 적절하게 사용되는 공작기계의 일례를 도시하는 설명도이다. 도 1에 도시된 공작기계는 베드(1) 위를 화살표 방향으로 이동할 수 있는 테이블(2) 및 지지 수단(10)에 지지되어 있으며 화살표 방향으로 회전할 수 있는 공구(11)를 구비하고 있다. 또한, 급유 탱크(12)에는 본 발명의 유제가 수용되고 있으며 테이블(2) 위에 배치된 피가공 부재(3)를 절삭·연삭가공할 때에는 압축 공기 도입부(18)로부터 송출되는 압축 공기와 함께 미스트상의 본 발명의 유제가 가공 유제 공급부(13)로부터 가공 부위를 향해 공급된다. 또한, 급유 탱크(12)에 수용된 본 발명의 유제는 접동면용 유제 공급부(14)로부터 베드(1)와 테이블(2) 사이의 접동면(16)에 공급되는 동시에, 베어링용 유제 공급부(15)로부터 지지 수단(10)과 공구(11) 사이의 베어링부에 공급되어 접동면(16) 및 베어링부(17)의 윤활이 실시된다.
이와 같이 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에서는 동일한 에스테르를 함유하는 유제를 사용하여 절삭 연삭가공 부위, 공작기계의 접동면 또는 추가로 베어링부에서 윤활을 실시함으로써, 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공에서 가공성의 향상 및 작업효율의 향상이 달성된다.
또한, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에서는 도 1에 도시된 바와 같이 절삭 연삭가공용 유제, 접동면용 유제 또는 추가로 베어링용 유제로서 각각 동일한 유제를 사용하면, 각 유제를 공급하기 위한 급유 탱크 등을 별도로 설치할 필요가 없어지며 공작기계의 공간 절약화, 에너지 절약화를 달성할 수 있게 되므로 바람직하다.
또한, 도 1에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에서는 급유 탱크(12)에 수용되는 본 발명의 유제를, 공작기계에 설치된 유압 기기에 공급하여 본 발명의 유제를 유압 작동유로서 사용할 수 있다. 또한, 급유 탱크(12)에 수용되는 본 발명의 유제를 공작기계에 설치된 기어 부분에 공급하여 본 발명의 유제를 기어유로서 사용할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 근거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예로 전혀 한정되지 않는다.
실시예 1 내지 12 및 비교예 1
실시예 1 내지 12에서는 하기에 기재된 기본유, 인 화합물, 황 화합물 및 산 화방지제를 사용하여 표 1에 기재된 조성을 갖는 유제를 조제한다.
(기본유)
a: 네오펜틸글리콜과 올레산의 트리에스테르
b: 트리메틸올프로판과 올레산의 트리에스테르
c: 트리메틸올프로판과 n-헥산산/n-옥탄산/n-데칸산 혼합산(혼합 몰비 7:59:34)의 테트라에스테르
d: 펜타에리트리톨과 n-옥탄산의 테트라에스테르
e: 시판하는 채종유
f: 글리세린과 올레산의 모노에스테르
(인 화합물)
g: 트리크레질 포스페이트
(황 화합물)
h: 황화에스테르(황 함유량: 9.9질량%, 불활성 유형)
(산화방지제)
i: 2,6-디-3급-부틸-p-크레졸.
다음에, 수득된 유제를 사용하여 하기의 평가시험을 실시한다. 또한, 탭핑 시험에서는 유제 조성물을 사용하지 않고 공기만을 분무하는 경우의 예를 비교예 1로서 평가하여 이의 평가결과를 표 1에 병기한다.
(끈적거림 방지성의 평가)
알루미늄 접시(100mm×70mm) 위에 유제 5ml를 투입하고 70℃의 항온조에 336시간 동안 정치시킨 다음, 유제 조성물 부착 부분의 끈적거리는 정도를 지촉에 의해 판단한다. 또한 GPC로 시험 전후의 질량 평균 분자량을 측정하여 변화율을 구한다. 끈적거림 방지성의 평가기준은 하기와 같다.
A: 끈적거림이 전혀 없다
B: 끈적거림이 전혀 없거나, 있더라도 매우 근소하다
C: 끈적거림이 근소하게 있다
D: 끈적거림이 있다
E: 끈적거림이 상당히 있다.
(윤활성의 평가(탭핑 시험))
각 유제 및 비교 표준유(DIDA: 아디프산 디이소데실)를 교대로 사용하여 하기에 기재된 조건으로 탭핑 시험을 실시한다.
탭핑조건
공구: 너트 탭 M8(P= 1.25mm)
하부 구멍 직경: ψ7.2mm
워크: S25C(t= 10mm)
절삭속도: 9.0m/분
유제 공급방식
각 유제 조성물: 압축 공기 0.2MPa, 유제 조성물 25㎖/h의 조건으로 분무
DIDA: 압축 공기를 사용하지 않고 직접 가공 부위에 4.3㎖/분의 조건으로 분무
각각의 경우에 탭핑 에너지를 측정하여 하기 수학식을 사용하여 탭핑 에너지 효율(%)을 산출한다.
탭핑 에너지 효율(%)= (DIDA를 사용하는 경우의 탭핑 에너지)/(유제 조성물을 사용하는 경우의 탭핑 에너지)
수득된 결과를 표 1에 기재한다. 표 1에서 탭핑 에너지 효율의 값이 높을수록 윤활성이 높은 것을 의미한다.
(접동면용 유제로서의 특성 평가시험)
도 1에 도시된 장치를 사용하며 각 유제의 접동면용 유제로서의 특성을 하기의 순서로 평가한다.
도 1에 도시된 장치에서 주철의 베드(1) 위와 주철제 테이블(2)과의 서로 접하는 면에 유제를 적가한다. 다음에 테이블(2) 위에 중쇄(3)를 배치하여 면 압력 200kPa로 하며, A/C 써보미터(4), 송출 스크류(5) 및 베어링부를 갖는 가동 치구(治具)(6)로 구성되는 구동수단에 의해 테이블(2)을 화살표 방향으로 왕복운동시킨다. 테이블(2)을 왕복운동시킬 때에는 제어반(7) 및 제어수단(8)에 의해 송출 속도 400mm/min, 송출 길이 300mm로 되도록 제어한다. 이와 같이 테이블(2)을 3회 왕복시킨 다음, 4회째 왕복의 테이블(2)과 가동 치구(6) 사이의 하중을 로드 셀(9)로 측정하고, 수득된 측정치에 근거하여 테이블과 베드가 서로 접하는 면(안내면)의 마찰계수의 평균치를 구한다.
(내마모성 평가시험)
고속 4구 시험법에 의해 회전수 1800rpm, 하중 392N에서 30분의 조건으로 마모시험을 실시하고, 마모흔적 직경을 측정하여 유제의 내마모성을 평가한다. 수득된 결과를 표 1에 기재한다.
(산화안정성 시험)
50ml 스크류관에 시료를 25ml 투입하고 공기중에서 70℃에서 4주 동안 가열할 때의 전체 산가의 변화량을 측정한다. 수득된 결과를 표 1에 기재한다.
(내소성성 평가시험)
ASTM D-2783-88에 준거하여 회전수 1800rpm에서 하중 마찰지수(LWI)를 구한다. 수득된 결과를 표 1에 기재한다. 또한, 표 1에서 LWI의 값이 클수록 내소성성이 우수함을 나타낸다.
Figure 112008078017207-PAT00007
표 1에 기재된 결과로부터 명백한 바와 같이 실시예 1 내지 12의 유제는 탭핑 특성 및 끈적거림 방지성이 양호하다는 점으로부터 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공 유제로서의 특성이 우수한 동시에, 마찰 특성이 양호하다는 점으로부터 접동면용 유제로서의 특성이 우수한 것이 확인되었다. 또한, 실시예 1 내지 12의 유제는 내마모성, 내소성성 및 산화안정성이 양호하다는 점으로부터 베어링용 유제로서의 특성이 우수하며 내마모성, 내소성성 및 산화안정성이 양호하다는 점으로부터 유압 작동유로서도 특성이 우수하고, 내마모성 및 내소성성이 양호하다는 점으로부터 기어유로서의 특성이 우수한 점이 확인되었다. 이들 중에서도 실시예 3 내지 6, 9 및 10은 보다 높은 끈적거림 방지성을 나타낸다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면용 윤활 유제는 극미량 유제 공급방식에 의한 절삭·연삭 가공방법에 적합한 절삭·연삭가공용 윤활 유제로서 사용되며, 또한 접동면용 윤활 유제로서도 사용할 수 있는 유제이다. 따라서, 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 윤활 유제 및 이것을 사용하는 본 발명의 극미량 유제 공급방식 절삭·연삭 가공방법은 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공에서 가공성의 향상, 작업효율의 향상, 공작기계의 공간 절약화, 에너지 절약화 등을 달성하는 데에 대단히 유용하다.
도 1은 본 발명의 극미량 유제 공급식 절삭·연삭 가공방법에서 적절하게 사용되는 공작기계의 일례를 도시하는 설명도이다.
도 2는 실시예에서 접동면용 유제로서의 특성 평가시험에 사용되는 장치를 도시하는 설명도이다.

Claims (1)

  1. 알콜과 1염기산의 에스테르를 함유하는, 극미량 유제 공급식 절삭·연삭가공용 및 접동면(sliding surface)용 유제(油劑).
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