KR20090062462A

KR20090062462A - 광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물

Info

Publication number: KR20090062462A
Application number: KR1020070129728A
Authority: KR
Inventors: 손인호
Original assignee: 유니버셜오일 주식회사
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-17

Abstract

본 발명은 석유에너지 고갈에 대비한 순수한 식물성 물질인 대두유와 피마자유를 윤활기유 대체물질로 사용하고 물과 유화제 및 첨가제를 사용함으로써 인체에 대한 유해성을 최소화하고, 폐기시에 생분해성이 우수하고, 친환경적인 수용성 절삭유의 조성물을 구현하고자 한다.

광물유, 대두유, 피마자유, 수용성, 절삭유, 윤활기유, 계면활성제

Description

광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물{AQUEOUS CUTTING OIL COMPOSITE}

본 발명은 금속의 절삭, 연삭 압연 등의 공정에 사용되는 금속 가공유의 일종으로 일반적으로 사용되고 있는 광물유를 직접 사용하는 비수용성 유제와 물과 광물유를 희석하여 사용할 수 있는 수용성 유제를 대체할 수 있는 순수 식물성 오일과 여러 첨가제의 조성으로 미래의 석유에너지 고갈에 대비하여 친환경적인 수용성 절삭유의 조성물에 관한 것이다.

보다 구체적으로는, 본 발명은 광물유를 포함하지 않는 순수 식물성 물질인 대두유와 피마자유를 이용함으로써, 인체에 대한 유해성을 최소화하고 친환경적이며 폐기시에 생분성이 우수한 수용성 절삭유의 조성물에 관한 것다.

통상적으로, 금속의 절삭이나 연삭 및 압연 등의 가공 과정에 사용되는 절삭유는 전통적으로 광물유 자체와 여러 가지의 윤활 향상제 그리고 기능 향상을 위한 보조적인 물질로 이루어진 비수용성 윤활유이다. 그러나 최근에는 기술의 발달로 물과 광물유에 각종 첨가제와 윤활제를 계면활성제로 유화시켜 만들어진 수용성 절삭유가 많이 개발되고 있는 추세이며, 이러한 수용성 절삭유는 물에 일정 농도로 희석하여 사용하므로 보다 경제적이고 생산적인 금속 가공유로 사용되고 있는 실정이다.

이와 같은 수용성 절삭유는 절삭유제를 물로 희석하여 3~8% 용액으로 사용하고 있는데, 일반적으로 3~6개월 주기로 교환하고 있으며 이때 난분해성 폐수인 수용성 절삭유(COD: 80,000mg/ℓ이상, n-H 추출물질: 2,000g/ℓ이상)가 다량으로 배출되어 환경오염을 발생시켰다.

또한 수용성 절삭유의 절삭기능 향상을 위해 첨가되는 유화제와 극압첨가제 및 기유 등은 미생물 번식 환경을 만드는 영양원이 되고, 미생물에 의한 부패는 수용성 절삭유의 절삭기능 저하는 물론 심한 악취 발생으로 작업환경 악화를 초래하여 수용성 절삭유의 교환의 직접적인 원인을 제공할 뿐만 아니라 수용성 절삭유는 폐수용성 절삭유의 교환에 따른 원자재 구입비용이 증가되어 대형 사업장의 경우 년간 수십억원의 비용이 소요되고 있는 실정이다.

한편, 상기한 바와 같은 윤활기유를 가지는 수용성 절삭유의 종류는 그 형상에 따라 에멀젼 타입(emulsion type) 절삭유와 세미신세틱 타입(semi-synthetic type) 절삭유 및 신세틱 타입(synthetic type) 절삭유로 구분된다. 이러한 절삭유는 금속의 절삭, 연삭, 압연 가공 과정에서 가공을 돕기 위해 사용되는 유제를 말한다.

상기 절삭유의 기능은 절삭공구와 가공 금속간의 마찰을 줄이고, 마멸과 마 모를 감소시키며, 가공표면의 특성을 좋게 하고, 표면에 유착되거나 녹아 붙는 것을 줄이며, 열을 제거하여 열에 의한 변형을 방지하고, 가공시에 발생되는 칩(chip)과 잔류물 등을 씻어내는 것이다.

그러나 이와 같은 절삭유는 기유로서 통상 원유의 정제공정 중에서 가장 마지막 공정에서 생산된 석유계 탄화수소 윤활기유를 주로 사용하기 때문에 환경오염을 유발시킬 뿐만 아니라 절삭유를 사용하는 작업자의 건강을 위협할 수 있는 단점이 있었다.

하기의 표 1에서는 통상적인 수용성 절삭유의 조성성분과 조성비율을 구체적으로 나타내었다.

	에멀젼 타입	세미신세틱 타입	신세틱 타입
물	0~10중량%	10~40중량%	10~90중량%
pH 조절제	2~10중량%	2~30중량%	10~40중량%
윤활기유(광물유)	50~90중량%	30~60중량%	0
윤활 첨가제/극압 첨가제	0~40중량%	0~40중량%	0~40중량%
유화제	10~30중량%	10~40중량%	0
지방유/지방산	0~30중량%	0~30중량%	0
방청첨가제	1~10중량%	1~10중량%	1~20중량%
방부제	0~5중량%	0~5중량%	0~5중량%
소포제	0~1중량%	0~1중량%	0~1중량%
기타(기능성 첨가제)	0~10중량%	0~10중량%	0~10중량%

상기한 바와 같은 첨가제 중에서 pH 조절제는 수용성 절삭유의 특성상 반드시 사용되어진 조성물이었다. 상기 pH 조절제로 사용되어지는 대표적인 조성물이 아민류이다. 상기 아민류는 pH를 상승시키고 유지하여 미생물의 번식을 최소화하고, 방청 성능을 부여하여 가공소재 및 공구를 보호한다. 외부 산성물질이 소량 혼입될 경우 완충작용을 통해 수용성 절삭유의 pH를 유지한다.

이와 같은 기능은 금속의 절삭 가공 등에 매우 중요한 요소로 위의 기능이 없는 수용성 절삭유로 인해 장비손실, 소재불량, 빈번한 절삭유의 교체로 경제적 손실을 야기할 수 있다. 특히, 상기 아민류는 작업자가 장기간 혹은 단기간 피부 접촉시에 피부병을 일으키고 또한 소재 가공시 발생하는 열에 의해 암모니아 계열의 냄새를 발생하여 불쾌감을 유발시킬 뿐만 아니라 수용성 절삭유의 폐기시에 환경오염을 유발시키고 생태계를 파괴하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 석유계의 광물유를 사용하지 않고 순수한 식물성 대두유와 피마자유를 이용한 수용성 절삭유의 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 절삭유의 폐기시에 생분해성이 우수하여 생태계를 파괴하지 않고 환경오염을 방지할 수 있는 광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 윤활기유(base oil)로서 석유계 광물유를 대체하여 식물성 오일인 대두유와 피마자유를 50:50의 비율로 사용하고, 윤활특성을 보강하기 위하여 합성에스테르와 황계극압첨가제를 사용하여 우수한 윤활특성을 구현할 수 있도록 하는 수용성 절삭유의 조성물을 기술적 특징으로 한다.

또한 본 발명은 일반적으로 pH 조절제로 사용되는 아민류(amines)를 사용하지 않고, 아마이드(amide)와 기타 첨가제를 사용하고, 상기 첨가제로는 윤활극압 첨가제, 유화제, 산화방지제, 방청 첨가제, 금속부식 방지제, 방부제, 소포제를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 아질산(HNO₂)과 반응하여 니트로화될 수 있는 아민류(2차 아민)를 사용하지 않고 식물성 오일의 산패(rancidity)를 예방하기 위하여 산화 방지제를 첨가하였으며, 특히 법적으로 규제되어질 수 있는 니트라이트(nitrite), 염화파라핀(paraffin chloride) 및 포름알데히드계(formaldehyde)의 방부제를 사용하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 윤활기유를 순수 식물성 오일을 사용하여 석유에너지를 대체할 수 있으며, 특히 아민류, 니트라이트, 염화파라핀, 포름알데히드를 사용하지 않기 때문에 인체에 대한 유해성을 최소화할 수 있고, 또한 폐기시에 생분해성이 우수할 뿐만 아니라 생태학적으로 독성이 저감된 수용성 절삭유로서 차세대 친환경적인 제품으로 상업상 가치가 높다고 할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 후 술 될 상세한 설명에서는 본 발명의 수용성 절삭유의 조성물을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의해야 한다.

본 발명의 수용성 절삭유는 윤활기유(base oil)로서 석유계 광물유를 사용하지 않고 대두유(soybean oil)와 피마자유(castor oil)를 50:50의 비율로 배합한 물질을 사용한다. 상기 배합된 물질은 수용성 절삭유를 제조할 때 약 20~65중량% 정도 첨가되고, 여기에 수돗물(tap water) 0~30중량%, 합성에스테르(esters) 10~20중량%, 황계극압제 0~10중량%, 아마이드(amide) 15~25중량%, 유화제(emulsifier) 10~30중량% 및 첨가제 2~10중량%를 배합하여 수용성 절삭유를 제조한다. 이때 상기 대두유와 피마자유는 식물성 오일의 대표적인 물질로 이와 유사한 식물성 유지인 채종유, 팜유, 올리브유, 옥수수유, 면실유 등으로 대체하여 사용할 수 있다.

본 발명에서는 염화파라핀(paraffin chloride)을 대체하고 윤활성을 보강하기 위하여 합성에스테르와 황계극압제를 사용하였으며, 상기 합성에스테르로는 트리메틸올프로판 트리올레이트, 프로필렌글리콜 디올레이트, 펜타에리스리톨, 솔비톨, 네오펜틸글리콜 등과 다가 알코올 지방산(C12~C24) 에스테르를 사용하였다. 또한 상기 황계극압제는 황화유지, 디도데실트리설파이드, 디메칠펜타설파이드와 같은 방향족 또는 알킬그룹에 C-S, -S-S-, S-S-S-S의 구조를 갖는 황계극압제를 사용하였다. 그리고 아민(amine)을 사용하지 않고 일정한 pH와 방청성을 유지하기 위하여 최소한 10%이상의 아마이드(amide)를 사용하였다.

본 발명에서 사용된 유화제로는 노닐페놀, 솔비톨 모노오레이트, 올레일알콜 의 에톡시화물, 피마자유의 에톡시화물, 올레인산의 아민염, 톨오일의 아민염을 10중량% 이상을 사용하였으며, 절삭유의 타입(type)에 따라 그 함량을 조절하였다.

본 발명에서 사용된 첨가제로는 금속부식 방지제, 산화 방지제, 방청제, 방부제, 소포제를 포함하고, 사용된 금속부식 방지제는 벤조트리아졸, 톨릴트리아졸, 메르캅토벤조트리아졸 및 이들의 유도체이며, 상기 산화 방지제로는 BHT, 구연산, 포스타이트계의 물질을 사용하였다. 또한 상기 방청제는 세바식산, 카프릭산, 네오데칸산, 코프리 M1(cofree M1), 이르가코르 190(irgacor 190), 이르가코르 190플러스(irgacor 190plus) 및 이들의 유도체를 포함하며, 상기 방부제로는 티아졸린 또는 IPBC계의 방부제를 사용하고, 상기 소포제로는 폴리메틸실록산, 변성 폴리메틸실록산, 유기실리콘 유도체를 사용하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

{실시예 1}

식물성 유지(구체적으로는, 대두유와 피마자유를 5:5의 비율로 혼합한 물질)와 물, 트리메틸올프로판 트리올레이트, 프로필렌글리콜 디올레이트, 황계극압제, 아마이드, 유화제, 금속부식 방지제, 산화 방지제, 방청제, 방부제, 소포제를 첨가한 다음, 이를 혼합하는 과정으로 수용성 절삭유를 제조하였다. 이때 상기 조성물의 조성비율은 하기의 표 2과 같다.

조성물(단위: 중량%)	제품 1	제품 2	제품 3
대두유	20	15	12
피마자유	20	15	12
물	0	10.5	24.6
트리메틸올프로판 트리올레이트	10	0	5
프로필렌글리콜 디올레이트	10	10	5
황계극압제	0	5	4
유화제	15.2	17.2	13.3
아마이드	20	21.5	18.6
금속부식 방지제	0.2	0.3	0.3
산화 방지제	0.5	0.5	0.5
방청제	2.4	3.3	3
방부제	1.5	1.5	1.5
소포제	0.2	0.2	0.2

{실시예 2}

대두유와 피마자유, 물, 트리메틸올프로판 트리올레이트, 펜타에리스리톨, 황계극압제, 아마이드, 유화제, 금속부식 방지제, 산화 방지제, 방청제, 방부제, 소포제를 첨가한 다음, 이를 혼합하는 과정으로 수용성 절삭유를 제조하였다. 이때 상기 조성물의 조성비율은 하기의 표 3과 같다.

조성물(단위: 중량%)	제품 4	제품 5	제품 6
대두유	20	12	10
피마자유	20	12	10
물	0	14.5	30
트리메틸올프로판 트리올레이트	8	0	0
펜타에리스리톨	8	10	10
황계극압제	0	8	5
유화제	16.8	15.4	11.5
아마이드	22	22	17.6
금속부식 방지제	0.2	0.3	0.3
산화 방지제	0.5	0.5	0.5
방청제	2.8	3.6	3.4
방부제	1.5	1.5	1.5
소포제	0.2	0.2	0.2

여기서, 제품 1, 2, 3, 4, 5, 6은 상기의 조성물들로 이루어진 본 발명의 수용성 절삭유를 말하며, 하기에서는 상기 수용성 절삭유의 물리적 특성을 표 3과 표 4를 통해 구체적으로 제시할 것이며, 상기 표 4 및 표 5에서 보여지고 있는 각 데이터는 실험을 통해서 얻은 결과값이다.

{실험 예}

상기한 바와 같은 조성물들로 이루어진 수용성 절삭유의 성상을 표 3과 표 4에 구체적으로 나타내었다.

분석 항목		제품 1	제품 2	제품 3
외관	원액	황갈색 투명	황갈색 투명	황갈색 투명
외관	5% 희석액	유백색 불투명	유백색 반투명	유백색 반투명
pH(5%)		9.9	9.7	9.7
주물 방청성(3%)		48시간 발청없음	48시간 발청없음	48시간 발청없음
비철변색시험 (3%, 실온X48hrs)	Al	변색없음	변색없음	변색없음
비철변색시험 (3%, 실온X48hrs)	Cu	변색없음	변색없음	변색없음
표면장력(3%, dyne/cm)		26.3	27.2	28.0
마찰계수(3%)		0.116	0.121	0.124

분석 항목		제품 4	제품 5	제품 6
외관	원액	황갈색 투명	황갈색 투명	황갈색 투명
외관	5% 희석액	유백색 불투명	유백색 반투명	유백색 반투명
pH(5%)		9.8	9.6	9.6
주물 방청성(3%)		48시간 발청없음	48시간 발청없음	48시간 발청없음
비철변색시험 (3%, 실온X48hrs)	Al	변색없음	변색없음	변색없음
비철변색시험 (3%, 실온X48hrs)	Cu	변색없음	변색없음	변색없음
표면장력(3%, dyne/cm)		26.8	27.2	27.5
마찰계수(3%)		0.118	0.120	0.126

Claims

수용성 절삭유의 조성물에 있어서,

식물성 오일, 합성에스테르, 황계극압제, 아마이드, 유화제, 첨가제로 이루어짐을 특징으로 하는 광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물.
제1항에 있어서,

식물성 오일 20~65중량%,

합성에스테르 10~20중량%,

황계극압제 0~10중량%,

아마이드 15~25중량%,

유화제 10~30중량%,

첨가제 2~10중량%로 이루어짐을 특징으로 하는 광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물.
제2항에 있어서,

물 0~30중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 식물성 오일은 대두유 또는 피마자유 또는 채종유 또는 팜유 또는 올리브유 또는 옥수수유 또는 면실유임을 특징으로 하는 광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 첨가제는 금속부식 방지제 또는 산화 방지제 또는 방청제 또는 방부제 임을 특징으로 하는 광물유를 사용하지 않는 수용성 절삭유의 조성물.