KR20090104097A - 금속 가공용 오일제 및 금속 가공 방법 - Google Patents

금속 가공용 오일제 및 금속 가공 방법 Download PDF

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Abstract

절삭 가공, 연삭 가공, 전조 가공, 프레스 가공, 소성 가공 등의 금속 가공에 널리 적용할 수 있는 금속 가공용 오일제로서, 방부 성능이 우수한 수용성 금속 가공용 오일제 및 이를 이용한 금속 가공 방법을 제공한다. 몰포린 화합물 및 이소티아졸린 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제 및 이를 이용한 금속 가공 방법.
금속 가공, 오일제, 금속 가공 방법, 몰포린 화합물, 이소티아졸린 화합물

Description

금속 가공용 오일제 및 금속 가공 방법{Metalworking fluid and metalworking method}
본 발명은 절삭 가공, 연삭 가공, 전조 가공, 프레스 가공, 소성 가공 등의 금속 가공에 널리 적용할 수 있는 금속 가공용 오일제 및 이를 이용한 금속 가공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 물로 희석하여 사용하는 수용성 금속 가공용 오일제에 관한 것이며, 특히 방부 성능이 우수한 수용성 금속 가공용 오일제 및 이를 이용한 금속 가공 방법에 관한 것이다.
일반적으로 절삭/연삭 가공에서는 절삭/연삭 오일제가 사용되고 있다. 절삭/연삭 오일제의 가장 중요한 기능으로는 윤활 작용과 냉각 작용을 들 수 있으며, 이들 작용에 의해, 가공에 이용되는 공구의 수명 연장, 피가공물의 완성면 정밀도의 향상, 생산 능률의 향상 등, 생산성을 향상시킬 수 있다.
종래부터 금속 가공용 오일제는 원액 그대로 사용하는 비수용성 타입과 물로 희석하여 사용하는 수용성 타입이 있다. 최근, 자원 절약, 환경 대응(작업 환경, 지구 환경), 화재의 위험성을 고려하여 수용성 타입의 사용이 주류를 이루고 있다.
수용성 타입의 금속 가공용 오일제를 사용함으로써 화재의 위험성을 경감할 수는 있지만, 그 반면, 수용성 타입의 금속 가공용 오일제는 유기 성분을 물로 희석하기 때문에 미생물이 번식하기 쉬워 부패에 의한 악취의 발생, 성능의 열화와 같은 문제가 있어, 희석 오일제를 단기간에 빈번하게 교환해야만 하므로 자원의 낭비, 지구 환경 오염의 한 원인이 되고 있었다.
그 대책으로는 예를 들면, 박하유를 이용한 수용성 금속 가공용 오일제(일본 특허 제 2676056호), 계피유를 이용한 수용성 금속 가공용 오일제(일본 특허 제 2645675호), 방향족 아민 또는 지환식 아민을 이용한 수용성 금속 가공용 오일제(일본 특허 제 2510233호), 벤졸계 화합물과 파라옥시안식향산에스테르 화합물을 이용한 수용성 연삭 오일제(일본 특허공고 평 7-37632호 공보), 알킬렌디아민을 이용한 항균성 수용성 절삭 오일제(일본 특허공고 평 7-30348호 공보), 지방산 알칸올아미드에틸렌옥사이드 부가물과 알킬아민에틸렌옥사이드 부가물, 지환식 아민에틸렌옥사이드 부가물, 지방산 고급알콜 부가물을 이용한 수용성 절삭 오일제(일본 특허공고 평 6-31388호 공보), 1급, 2급, 3급의 알킬아민, 방향족디아민옥시알킬렌 부가물, 지환식 디아민옥시알킬렌 부가물 등을 이용한 수용성 절삭 연삭 오일제(일본 특허공개 평 9-316482호 공보), 제 1급 알칸올아민과, 탄소 원자수 6~24의 카본산과, 특정 알킬렌디아민을 포함하는 오일제(일본 특허공고 평 6-76590호 공보), N-치환 벤조이소티아졸린계 화합물(예를 들면, N-부틸벤조이소티아졸린-3-온)과, 살(殺)미생물 작용(예를 들면, 살균, 곰팡이 방지, 방조(防藻) 작용)을 갖는 비N-치환 벤조이소티아졸린계 화합물을 조합한 살미생물제 조성물(일본 특허공개 평 10-298012호 공보) 등이 알려져 있다.
그러나, 이들 수용성 금속 가공용 오일제에서는 충분한 방부 효과를 얻을 수 없거나, 또는 효과가 있는 것에 대해서는, 할로겐을 함유하는 화합물, 다환방향족 화합물, 페놀계 화합물 혹은 금속염 등을 사용하고 있는데, PRTR 대상 물질인 화합물도 있어 인체에 대한 영향이 우려된다.
본 발명의 목적은 절삭 가공, 연삭 가공, 전조 가공, 프레스 가공, 소성 가공 등의 금속 가공에 널리 적용할 수 있는 금속 가공용 오일제를 제공하는 것이다. 특히, 방부 성능이 우수한 수용성 금속 가공용 오일제 및 이를 이용한 금속 가공 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자는 부단히 연구 검토한 결과, 특정 방부제를 조합함으로써, 종래의 방부제를 함유한 수용성 금속 가공용 오일제의 방부 효과보다 훨씬 우수한 방부 효과를 얻을 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명은 이하의 수용성 금속 가공용 오일제 및 이를 이용한 금속 가공 방법을 제공하는 것이다.
1. 몰포린 화합물 및 이소티아졸린 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
2. 계면 활성제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 1에 기재된 금속 가공용 오일제.
3. 몰포린 화합물이 N, N-메틸렌비스몰포린인 것을 특징으로 하는 상기 1 또는 2에 기재된 금속 가공용 오일제.
4. 이소티아졸린 화합물이 N-n-부틸-1, 2-벤조이소티아졸린-3-온인 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 금속 가공용 오일제.
5. 계면 활성제가 비이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제, 양이온계 계면활성제 및 양성 계면활성제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 상기 2 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 금속 가공용 오일제.
6. 오일제 중, 몰포린 화합물 0.01~10.0질량%, 이소티아졸린 화합물 0.001~5.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 금속 가공용 오일제.
7. 오일제 중, 계면활성제 0.05~80중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 2 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 금속 가공용 오일제.
8. 상기 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 금속 가공용 오일제를 물로 1~30질량%로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
9. 금속 가공이 절삭 가공 또는 연삭 가공인 것을 특징으로 하는 상기 8에 기재된 금속 가공 방법.
본 발명의 오일제에 사용하는 몰포린 화합물(성분 A)로는, 예를 들면 몰포린, N, N-메틸렌비스몰포린, N-(2-아미노에틸)몰포린, N-(3-아미노프로필)몰포린, 4-트리틸몰포린, 4-페닐몰포린 등을 들 수 있다. 특히, N, N-메틸렌비스몰포린이 바람직하다.
본 발명의 오일제에 사용하는 이소티아졸린 화합물(성분 B)로는 예를 들면, N-메틸벤조이소티아졸린-3-온, N-에틸벤조이소티아졸린-3-온, N-프로필벤조이소티아졸린-3-온, N-n-부틸벤조이소티아졸린-3-온, N-이소부틸벤조이소티아졸린-3-온, N-펜틸벤조이소티아졸린-3-온, N-이소펜틸벤조이소티아졸린-3-온, N-헥실벤조이소티아졸린-3-온, N-알릴벤조이소티아졸린-3-온, N-(2-부테닐)벤조이소티아졸린-3-온 등을 들 수 있다. 이 중에서도, N-n-부틸벤조이소티아졸린-3-온이 바람직하다.
본 발명의 오일제에는 계면활성제(성분 C)를 함유시키는 것이 바람직하다. 이러한 계면 활성제로는 비이온계, 음이온계, 양이온계 또는 양성 계면활성제를 이용할 수 있으며, 특히 비이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제가 바람직하다. 이들은 본 발명의 금속 가공용 오일제를 물에 희석하기 위한 유화제로서 기능한다. 또한, 이소티아졸린 화합물이 물에 용해되기 어렵기 때문에, 희석 사용시의 이소티아졸린 화합물의 분산 안정성을 유지하기 위한 분산 안정제로서 기능하다.
비이온계 계면활성제로는 예를 들면, 폴리옥시에틸렌알킬에테르형, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르형, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르형, 폴리옥시에틸렌피마자유형, 폴리옥시에틸렌지방산디에스테르형, 폴리옥시에틸렌로진에스테르형, 폴리옥시에틸렌라놀린에테르형, 폴리옥시에틸렌다가알콜에테르형, 폴리옥시에틸렌다가알콜지방산에스테르형, 다가알콜지방산에스테르형, 산화에틸렌 산화프로필렌 블록중합형, 산화에틸렌 산화프로필렌 랜덤중합형, 산화프로필렌중합형, 다가알콜알킬렌옥사이드중합형 등을 들 수 있다.
음이온계 계면활성제로는 예를 들면, 지방산 유도체(지방산 비누, 나프텐산 비누, 지방산 아미드 등), 황산 에스테르계 화합물(알콜황산에스테르염, 올레핀황산에스테르염, 폴리옥시에틸렌알킬에테르황산에스테르염, 지방산다가알콜황산에스테르염 등), 술폰산계 화합물(알칸술폰산염, 석유술폰산염, α-올레핀술폰산염, 알킬나프탈린술폰산염), 인산에스테르계 화합물(알킬인산에스테르염, 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르인산에스테르염 등)을 들 수 있다. 상기 비이온계와 음이온계의 계면활성제를 병용할 수도 있다. 또한, 공지의 양이온계 계면활성제, 양성 계면활성제를 이용할 수도 있다.
본 발명의 금속 가공용 오일제 중의 몰포린 화합물의 질량 비율은 조성물(물로 희석하기 전의 원액, 이하 특별히 명기하지 않는 한 같은 의미) 전체에 대하여, 바람직하게는 0.01~10.0질량%, 더욱 바람직하게는 0.05~5.0질량%이다. 이 범위보다 성분의 양이 적으면 기대하는 부패 방지 성능을 얻기가 곤란해지는 경향이 있고, 많으면 배합량에 상당하는 효과의 향상을 볼 수 없는 경우가 있다.
본 발명의 금속 가공용 오일제 중의 이소티아졸린 화합물의 질량 비율은, 조성물 전체에 대하여 바람직하게는 0.001~5.0질량%, 더욱 바람직하게는 0.005~3.0질량%이다. 이 범위보다 성분의 양이 적으면 기대하는 부패 방지 성능을 얻기가 곤란해지는 경향이 있고, 많으면 배합량에 상당하는 효과의 향상을 볼 수 없는 경우가 있다.
본 발명의 금속 가공용 오일제 중의 계면활성제의 질량 비율은 조성물 전체에 대하여, 바람직하게는 0.1~80.0중량%, 더욱 바람직하게는 0.2~50.0질량%이다. 이 범위보다 계면활성제의 양이 적으면 오일제를 물에 희석하기가 곤란해지는 경 향이 있고, 또한 이소티아졸린 화합물을 희석액 중에 안정하게 분산하기가 곤란해지며, 기대하는 부패 방지 성능을 얻는 것이 곤란해지는 경향이 있다.
본 발명의 금속 가공용 오일제는 필요에 따라 베이스 오일을 함유한다. 베이스 오일로는 예를 들면, 광유, 폴리올에스테르, 유지, 폴리글리콜, 폴리α올레핀, 노르말파라핀, 이소파라핀, 알킬벤젠, 폴리에테르 등을 들 수 있다. 이들은 단품에 한정되지 않고, 복수종의 블랜딩유로 할 수도 있다. 바람직하게는 광유, 폴리글리콜, 알킬 벤젠이 좋다.
또한, 본 발명의 금속 가공용 오일제에는, 소포제 및 기타 첨가제(예를 들면, 극압 첨가제, 방식제, 점도 지수향상제, 산화방지제, 청정분산제, 착색제, 향료 등)를 적절하게 배합할 수 있다.
본 발명의 금속 가공용 오일제는 에멀션계, 솔루블계, 솔루션계 등 어떤 타입의 것이라도 무방하며, 물로 1~30질량% 정도로 희석하여 사용하는 것이 일반적이다.
(실시예)
표 1 내지 4에 나타낸 각 금속 가공용 오일제에 대하여 방부성 시험을 하기의 방법에 따라 평가하였다.
표 1 및 3에 나타낸 오일제는 광물유 또는 합성 베이스 오일(알킬벤젠)을 사용한 수용성 금속 가공용 오일제이고, 표 2 및 4에 나타낸 오일제는 천연 베이스 오일(채종유)을 사용한 수용성 금속 가공용 오일제이다.
방부성 시험
각 오일제를 멸균수로 2질량%로 희석한 액 100㎖에 하기 부패균액(※1)을 10㎖ 첨가하여 30℃에서 2주간 진탕 배양 후, 생균수를 측정하였다.
(※1)부패액:
부패 열화되고 있는 에멀션형 절삭액 10.0질량%
TSB 배지 1.0질량%
포도당 펩톤 배지 1.0질량%
멸균수 88.0질량%
상기의 혼합물을 25℃에서 24시간 배양한 부패균액으로서, 생균수가 107개 이상인 것을 부패액으로 사용하였다.
판정 기준
일반 세균, 곰팡이, 효모, 혐기성균의 수 또는 오염도를 상아이바이오체커(상아이세키유가부시키가이샤제)에 의해 평가하였다.
일반 세균 및 효모에 대해서는 1㎖ 중의 균수를, 0, 103개>, 103개, 104개, 105개, 106개, 107개, 107개<의 8단계로 평가하고, 103개 미만을 합격(○)으로 하였다.
곰팡이 및 혐기성균에 대해서는 오염도를, '없음', '약함', '중간', '심함'의 4단계로 평가하고, '없음'을 합격(○)으로 하였다.
희석액 안정성 시험
조정한 경수(염화칼슘 2수염 0.0757g을 증류수로 희석하여 1L로 한 물:독일식 경도 3°, Ca 경도 54ppm, JIS K 2221 절삭 오일제 유화 안정성 시험 참조)를 이용하며, 각 오일제를 물로 희석하여 5% 희석액을 만들어, 희석 직후 및 24시간 후의 상태를 육안으로 관찰한다. 판정 기준은 하기와 같다.
○: 합격 균일하게 용해되며, 분리, 크림층 없음.
×: 불합격 분리, 크림층 있음
표 1 내지 4에 실시예 및 비교예의 배합 처방과 평가 시험 결과를 나타낸다. 표 1 내지 4의 결과로부터, 성분(A)과 성분(B)을 함유하는 본 발명의 실시예 1~11의 수용성 금속 가공용 오일제는 방부성이 우수함을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 수용성 금속 가공용 오일제는 각종 금속 가공시의 금속 가공용 윤활제로서 장기간에 걸쳐 안정되게 사용할 수 있다.
이에 비하여 성분(A)와 성분(B) 중 적어도 한 쪽을 포함하지 않는 비교예 1~12의 수용성 금속 가공용 오일제는 방부성이 떨어진다.
Figure 112009048720082-PCT00001
Figure 112009048720082-PCT00002
Figure 112009048720082-PCT00003
Figure 112009048720082-PCT00004
본 발명의 금속 가공용 오일제는 금속 재료의 절삭 가공, 연삭 가공, 전조 가공, 프레스 가공, 소성 가공 등을 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 방부 성능이 우수하고, 지구 환경이나 인체에 대하여 악영향이 적다. 본 발명은 몰포린 화합물과 티아졸린 화합물, 혹은 계면활성제를 더 혼합하여 사용함으로써, 종래의 금속 가공용 오일제와 비교하여 현저한 방부 성능의 향상이 인정되어, 금속 가공용 오일제의 장수명화가 가능해진다. 그 결과, 자원 절약, 폐기물(폐액) 저감을 달성할 수 있어, 지구 환경에 대한 악영향을 저감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 몰포린 화합물 및 이소티아졸린 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
  2. 제 1 항에 있어서, 계면 활성제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 몰포린 화합물이 N, N-메틸렌비스몰포린인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이소티아졸린 화합물이 N-n-부틸-1, 2-벤조이소티아졸린-3-온인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계면 활성제가 비이온계 계면 활성제, 음이온계 계면 활성제, 양이온계 계면 활성제 및 양성 계면 활성 제로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 오일제 중, 몰포린 화합물 0.01~10.0질량%, 이소티아졸린 화합물 0.001~5.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 오일제 중, 계면활성제 0.05~80중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공용 오일제.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 금속 가공용 오일제를 물로 1~30질량%로 희석하여 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 금속 가공이 절삭 가공 또는 연삭 가공인 것을 특징으로 하는 금속 가공 방법.
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